Файл: Брагинский, Г. И. Технология магнитных лент.pdf

Для приема и быстрого охлаждения экструдированной пленки служит специальный барабан с полированной поверхностью, попадая на которую полимер из вязкотекучего переходит в стеклообразное состояние. Барабан (рис. 63) состоит из тонкостенной наружной оболочки, внутри которой находится прочный массивный ци­ линдр.

На поверхности внутреннего цилиндра расположена спиральная труба, которая поддерживает наружную оболочку и одновременно образует канал для охлаждения воды. Охлаждающий барабан кон­ струируют так, чтобы с его внутренней поверхностью соприкасалось возможно большее количество витков трубы. Для того чтобы обеспе­

чить интенсивный отвод тепла,

ветствующее охлаждение пленки до того, как в ней начнется обра­ зование сферолитов, рассмотрим теплофизическую задачу об охла­ ждении расплава при нестационарном процессе теплообмена. Задача сводится к определению температуры расплава в любой момент времени в любой его точке, а также удельной величины теплового потока, необходимого для обеспечения максимальной скорости охлаждения пленки. Так как рассматриваемый тепловой процесс не является стационарным, его аналитическое решение возможно не во всех случаях. Можно допустить, что если расплав полиэтилентерефталата, нагретый до температуры Тр, поступает на охлажда­ ющий барабан в виде аморфной пленки, то соприкасающаяся с по­ верхностью барабана сторона пленки мгновенно приобретает темпе­

бана по нормали X и времени t. Этот случай является примером одно­ мерного температурного поля, т. е. поля пластины, ширина и длина которой очень велики по сравнению с толщиной и тепло в которой распространяется перпендикулярно к ее поверхности. Поэтому зна­ чение Тр (Жі t) может быть найдено как решение дифференциального

138

уравнения теплопроводности в случае одномерного теплового по­ тока:

стороны можно пренебречь вследствие его малой интенсивности. Кроме того, такое допущение значительно облегчает аналитическое решение краевой задачи. Это решение, которое приводит Лыков [108], имеет вид:

оо-а (2п-1 )2 яЦ

В инженерных расчетах обычно переходят к безразмерной темпе­ ратуре Ѳ, вводя обозначение:

ѲТр ix, t)— Тб

Тр - Т 6

Нестационарность рассматриваемого процесса обусловлена тем, что при заданном начальном распределении температуры любое последующее распределение зависит от длительности процесса t, коэффициента температуропроводности а и размера системы (в нашем случае — толщины аморфной пленки б). Существенное значение имеет не каждая из этих величин в отдельности, а их комбинация, представляющая собой обобщенную переменную, называемую кри­ терием Фурье:

Отсюда ясно, что критерий Фурье имеет смысл обобщенного времени. Поэтому его можно назвать также числом гомохронности (однородности по времени).

Таким образом

,Ѳ= / ( Fo, ж/б)

ипоэтому для определения температуры расплава в любой момент

ив любой его точке, а также удельной величины теплового потока можно воспользоваться диаграммами (рис. 64 и 65), построенными на основе выражения (54) [108].

в контакте с поверхностью охлаждающего барабана, будет иметь температуру этой поверхности, что выражается граничным усло­ вием Тр (б, 0 = Тб.

139

ѳ

1,0

Рис. 64. Зависимость относительной температуры Ѳ неограниченной пластины от координаты х/8 для раз­ ных значений критерия Фурье Fo.

Рис. 65. Зависимость относительной температуры Ѳнеограничен­ ной пластины от критерия Фурье Fo для разных значений Ві.

В реальных условиях для различных конструкций охлаждающих барабанов и расхода охлаждающей жидкости значение коэффициента теплоотдачи а может быть различным. Поэтому уравнение тепло­ проводности в этом случае следует решать с учетом краевых условий. Вместо граничного условия Тр (б, ц = Т б следует пользоваться условием (дТ/дх)х=б, т. е.

/-Ѳ

Решение этой задачи также приводится в работе [108] и имеет вид

Здесь ця — корни характеристического уравнения:

где Ві = абД — критерий Био, характеризующий теплообмен на поверхности.

Таблицы корней характеристического уравнения (56) приводятся во всех фундаментальных трудах по теплопередаче.

Величина Ѳ = / (Bi, Fo, x/ö) и интересующее нас значение темпе­ ратуры на поверхности слоя расплава могут быть определены из номограммы (рис. 66) [108]. Для точек же, расположенных внутри

141

слоя, следует вести расчет по формуле (55),причем обычно доста­ точно трех первых членов суммы.

Для того чтобы определить величину удельного теплового потока, необходимую для охлаждения расплава, воспользуемся уравнением Фурье:

В качестве примера определим температуру аморфной пленки толщиной 2,36 мм в точке, отстоящей на 0,7 мм от ее наружной поверхности, через 10 с после соприкосновения с охлаждающим барабаном. Примем, что температура расплава, поступающего на

Тр x,t =0,54 ■280 + 20Я«170

При расчете параметров охлаждающего барабана обычно возни­ кает необходимость в определении удельного теплового потока, обеспечивающего соответствующее охлаждение аморфной пленки.

142

По формуле (58) рассчитаем удельный тепловой поток q для различного времени охлаждения аморфной пленки толщиной б = = 2,36 мм:

л2 _

-9 - —- Fo

Пользуясь результатами приведенного расчета, можно выбирать температуру теплоносителя, температуру поверхности охлажда­ ющего барабана, скорость его вращения и другие характеристики.

Следует отметить неісоторые конструктивные особенности устрой­ ства для приема аморфной пленки, основной частью которого яв­ ляется описанный охлаждающий барабан. В результате даже малой неравномерности объемной производительности экструзионной ма­ шины (пульсации) возникают неровности краев образующейся пленки непосредственно после формующей щели, что является следствием усадки по ширине. С целью предупреждения этого явления края экструдируемого расплава иногда обдувают воздухом, что приводит к ускорению их охлаждения и, следовательно, к стабилизации формы, однако при таком способе увеличиваются отходы при обрезке краев пленки.

Более целесообразно применение подфильерного валика, который помещают между экструзионной щелью и охлаждающим барабаном. Края такого валика непрерывно смазывают раствором диэтилен­ гликоля в этиловом спирте, что обеспечивает адгезию краев обра­ зующейся пленки к краям валика и противодействует поперечной усадке. Кроме того, подфильерный валик дополнительно охлаждает расплав. Уменьшения поперечной усадки можно достичь, подавая на валик или на проводник, расположенный параллельно ему, электрический ток высокого напряжения, однако в этом случае возникают затруднения в изоляции системы.

3.2.4. Ориентационная вытяжка и термическая обработка полиэтилентерефталатной пленки

Кристаллизация полиэтилентерефталата в условиях сило­ вого поля. Заключительной стадией производства полиэтилен­ терефталатной основы является кристаллизация аморфной пленки в условиях приложенного к ней силового поля. Если аморфную пленку закристаллизовать в свободном состоянии, она теряет про­ зрачность и становится хрупкой. Если же осуществлять кристал­ лизацию пленки, находящейся под натяжением, при температурах

143