紅外掃描測溫儀測量塑料聚合物熔體流延溫度分布
2012-12-18
隨著對擠出塑料薄膜和片材塑料等塑料產品越來越多的市場需求，盡管生產所需的樹脂和勞動力的成本越來越高，但用戶對產品的性能和質量的一致性也提出了更高的要求。為了保持競爭的優勢，許多塑料薄膜、塑料片材以及擠出涂布/復合加工產品的生產廠商必須避免其產品出現任何瑕疵和不一致性，定型生產的產品要說明質量的一致性指標或所能達到的規格標準，甚至還要說明如控制的加工溫度等所有的操作參數。
從擠壓機中擠出流入到液流通道中的熔融聚合物是一種高黏性流體，熔體的流速在液流通道的中心部分速度最快而在液流通道的邊緣位置流動速度接近為零。 從理論上講，與流動的黏性流體接觸的界面層在流體的接觸表面附近是不流動的，因此，插入到熔融流體中直接與塑料接觸的熱電偶的表面附近流體是不流動的（或者是非常緩慢地流動）。
除了要考慮擠壓機料桶的加熱器提供熱量外，剪邊機在切邊時對聚合物熔體產生的熱的影響也要考慮，不管怎樣，這部分能量對擠壓機熔體產生了額外的溫度而且是不均勻的。熔融流體的溫度分布與黏性分布有一定的對應關系，塑料的溫度越高（黏性低）則越靠近液流通道的中心部分則熔流越容易流動，反之，塑料的溫度越低（黏性高）則越接近流動通道的外壁則熔流越不容易流動，結果沿著塑料流動的區域有一個流速分布，中心部分流速最高，越向外壁流速越低。這樣就導致即使熔體的溫度是恒定的，但是根據已有的流速分布圖也可斷定熔流的溫度分布是不均勻的，圖1是全面描述溫度分布狀態(中心位置溫度高，越向邊緣位置溫度越低)的熱像圖，這是一條薄膜擠出LDPE熔體流延的實時溫度分布熱像圖。
由于相對熱電偶的響應速度來講，所以用熱電偶無法探測到這種變化，但是如果用紅外掃描測溫儀能很容易地測量到這種變化，進一步地調查結果發現原來是用來過濾聚合物熔流的篩網上的一個部位發生了阻塞，被污染的篩網對擠壓機產生了額外的負壓強，這個負壓強能通過螺桿的作用改變混煉和熔化的過程，并由此能觀察到溫度和負載電流的波動。設備上安裝的熱電偶不能追蹤到用紅外掃描測溫儀觀察到的這種短時間溫度的波動，更換了被阻塞的篩網部件后，得到了與 圖1所示相似的均勻一致的溫度分布熱像圖。
結論
紅外掃描測溫儀能夠精確測量溫度分布情況和短時間周期內溫度變化的軌跡，這是用熱電偶無法做到的。生產加工過程中需要在聚合物接觸到基材前及時測量熔體流延的溫度，提供有效的溫度測量和控制手段以改善擠出涂布加工的質量。尤其是在擠出薄膜的過程中，當通過擠壓機模頭的溫度和黏度在寬度方向發生變化時會導致薄膜邊緣“波邊”、破邊或撕邊。
熱像儀 http://www.kafenchem.com/
從擠壓機中擠出流入到液流通道中的熔融聚合物是一種高黏性流體，熔體的流速在液流通道的中心部分速度最快而在液流通道的邊緣位置流動速度接近為零。 從理論上講，與流動的黏性流體接觸的界面層在流體的接觸表面附近是不流動的，因此，插入到熔融流體中直接與塑料接觸的熱電偶的表面附近流體是不流動的（或者是非常緩慢地流動）。
除了要考慮擠壓機料桶的加熱器提供熱量外，剪邊機在切邊時對聚合物熔體產生的熱的影響也要考慮，不管怎樣，這部分能量對擠壓機熔體產生了額外的溫度而且是不均勻的。熔融流體的溫度分布與黏性分布有一定的對應關系，塑料的溫度越高（黏性低）則越靠近液流通道的中心部分則熔流越容易流動，反之，塑料的溫度越低（黏性高）則越接近流動通道的外壁則熔流越不容易流動，結果沿著塑料流動的區域有一個流速分布，中心部分流速最高，越向外壁流速越低。這樣就導致即使熔體的溫度是恒定的，但是根據已有的流速分布圖也可斷定熔流的溫度分布是不均勻的，圖1是全面描述溫度分布狀態(中心位置溫度高，越向邊緣位置溫度越低)的熱像圖，這是一條薄膜擠出LDPE熔體流延的實時溫度分布熱像圖。
由于相對熱電偶的響應速度來講，所以用熱電偶無法探測到這種變化，但是如果用紅外掃描測溫儀能很容易地測量到這種變化，進一步地調查結果發現原來是用來過濾聚合物熔流的篩網上的一個部位發生了阻塞，被污染的篩網對擠壓機產生了額外的負壓強，這個負壓強能通過螺桿的作用改變混煉和熔化的過程，并由此能觀察到溫度和負載電流的波動。設備上安裝的熱電偶不能追蹤到用紅外掃描測溫儀觀察到的這種短時間溫度的波動，更換了被阻塞的篩網部件后，得到了與 圖1所示相似的均勻一致的溫度分布熱像圖。
結論
紅外掃描測溫儀能夠精確測量溫度分布情況和短時間周期內溫度變化的軌跡，這是用熱電偶無法做到的。生產加工過程中需要在聚合物接觸到基材前及時測量熔體流延的溫度，提供有效的溫度測量和控制手段以改善擠出涂布加工的質量。尤其是在擠出薄膜的過程中，當通過擠壓機模頭的溫度和黏度在寬度方向發生變化時會導致薄膜邊緣“波邊”、破邊或撕邊。
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