防止型材翘曲

传统冷却水箱中包围在型材周围的热水绝缘层妨碍了型材的冷却

在型材的挤出生产中，由于型材不能获得均匀的冷却而导致其发生翘曲现象。为了消除此缺陷，加工商必须使用正确的冷却方法及冷却工艺。为此，Conair的挤出下游设备专家提出了很好的建议及相关的解决方案。

今天的型材加工商希望能够更快、废料率更低地进行生产。然而，型材生产速度太快，容易引起产品出现翘曲。特别是具有复杂截面的中空型材，由于壁厚变化大，更易出现翘曲。木塑复合材料或者发泡型材也有类似现象。为了避免在型材生产中发生翘曲问题，你需要做点什么呢？

最为简单的回答是：更均匀地冷却型材。这意味着你需要在薄壁的区域内控制热量的传递，以使其不能在厚壁部分的热量消散之前提前固化。在冷却中，树脂和填料也起着重要的作用。树脂的热传导率是其密度乘以导热性能。PVC的热传导率为0.051，PP是0.075，HDPE是0.16。数字越大表示热传导速度越慢。鉴于PE冷却得慢，因此要求加工PE型材的冷却水箱要比加工PVC的水箱长20%~30%。

多种冷却方式

制品散热与材料的热传导率和制品厚度有关。当型材外层固化以后，会阻碍内部材料冷却。如果壁厚过厚，冷却就更加困难。

根据冷却设备的不同，修正不均匀冷却的方法也不同。冷却方法包括空气冷却台冷却、水箱冷却和喷淋冷却箱冷却。空气冷却是最简单也是最慢的冷却方法。因为空气的冷却能力只有水的1%~10%，所以空气冷却一般不会发生不均匀现象，由此也就不会引起型材扭曲、翘曲或打弯。空气冷却的生产速度一般低于 113kg/h，可用于聚碳酸酯、硬质PVC和PS的生产。

为改善传热，可在水箱中增加扰流板，以使水流从层流变成湍流

空气冷却台一般3~6m长，安装有模板或支架以支撑型材。夹具、虎钳等其他装置也能够起到辅助支撑的作用。在型材前面的3m中，采用喷嘴对型材的特殊部分进行吹气，最后的3m使用吹风机对型材的上下进行冷却。

中空的门窗型材形状复杂，壁厚从2.1~5.1mm不等。因此，轻微的弯曲都将导致其不符合规格。采用空气冷却，台冷却能够很容易地通过喷嘴直接吹向厚壁部分，以使其冷却速度加快。同时，还可以使用纸板或其他遮蔽物来阻挡空气，以使型材薄壁部分的冷却速度降下来。

将型材浸入水中进行冷却的速度更快，但是这会在型材周围形成一个热水区域，从而阻碍了热传导。该问题的解决办法是，通过搅动来破坏这个热水绝缘层。在大多数情况下，分流水杆被安装在水箱的角落。如果出现了翘曲，可以提高水温并降低冷却速度。这就要求使用水温控制系统，该系统通常包括水泵、过滤器、热交换器和冷却水进口控制阀。

目前，型材挤出所用的干式校准台长9m或更长，它位于低真空水箱的前端。在一些应用中，水箱长度可能超过30m。水箱越长越有利于减少变形。不过这也会增大设备占地面积并提高成本，另外，水箱太长也不利于提高生产效率。

挤出速率的增加以及占地面积的限制，迫使加工商们开始寻找更快速的冷却方法，于是喷淋冷却箱应运而生。喷淋冷却的优势在于，具有很高的传热效率。微细的水滴从喷嘴中流出，直接接触到121℃或者温度更高的型材上。由于微滴立刻挥发变成气态，因此可以带走大量的热量。

当熔体一进入冷却箱，也就是熔体刚一从模头出来，就将水滴直接喷淋到型材上，此时的蒸发喷淋冷却效果最好（因为此时塑料最热）。需要注意的是，如果安装了干式校准设备，就不具有这种闪蒸的效果。一旦熔体表面温度降到121℃以下，水滴就不再会变成蒸汽了。但是，即使在更低的温度下，喷淋冷却的效率也比浸入冷却高10%~20%。因为喷淋水滴的表面积更大，而且会使水箱中的水的扰动性增加。

越快并不一定越好

浸入式冷却的效果比空气冷却好，若加上喷淋冷却其效果更好，但是也更容易使复杂型材发生翘曲现象。因此，对于一些实心或不规则型材，还是慢一点冷却为好。

例如，当硬质PVC型材通过高扰动的喷淋冷却箱和合适的水循环系统冷却时，一般惯用的冷却水温度为7~13℃。然而，把水箱的初始温度调为 27~54℃应该更好。因为这个温度会减缓热量的传导，从而使型材表面不会马上固化。一个定型系统也可以被安装在喷淋箱中，通过把水滴直接喷在厚壁处来优化冷却。随后型材被牵引到下道工序，此时可以较快地降低水温来完成冷却。

水喷淋冷却通过水滴闪蒸带走型材的热量

如果单独调整水流不能改变翘曲的状态，那么也可以控制干式或湿－干式校准器的温度。校准工具可以依照独立于水温的控制来设计。通常使用3个 203~305mm长的干式校准工具，就能够很容易地优化型材的各部分温度，这种方法一般多用于发泡型材的挤出。高水平的温度控制也允许下次的生产具有高度的重复性。

在一个校准工具内，如顶部、底部和侧部，创建单独的温度控制区也是可行的，这是为了提高型材最复杂部分的热量传递性能。

一条产量为2041kg/h、发泡挤出比例为50/50的HDPE/木纤维复合物的挤出生产线，可使用安置在一个多功能推车上的干式校准工具。推车的后端是两个4.9m长的高强度喷淋箱，通常的冷却水温度为4~13℃。但是，由于发泡层阻碍了热量的传递，抑制了冷却，所以这种型材常常因保持热量而发生弯曲，特别是当制品具有肋筋或者榫槽时更是如此。

在这一案例中，首先应在水温为38~54℃的初级定型喷淋箱中进行退火处理。当热量骤然减少时，型材的表层就定型了。水温需要控制在17℃以内，温度控制单元连同水箱中的热电偶位于冷却器和水回路之间。根据型材大小的不同，生产线可使用24kW、36kW甚至48kW的加热器和1.1~5.5kW的泵和调节阀。
 

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