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产品与设计 郑振钦 等·塑料薄膜横向拉伸机的热风循环系统设计
Δt — 传热介质与物料之间的温度差，℃，其可 轮的进风口处，通过加热器对空气进行直接或间接加
表示为 Δt=t j -t w 热。可选用的加热方式多种多样，主要有电加热，蒸
（t j 为传热介质温度，t w 为物料温度） 汽加热、导热油加热、水加热、或多种加热方式混合
实际传热过程中，由于热风循环系统通过循环不 使用等。
断对传热介质进行加热，其温度 t j 可视为恒定，而物 电加热的特点是加热快、清洁高效，能达到较高
料的温度通过传热是不断变化的，分析时 Δt 可取平均 的温度，比如大于 400℃时，其适用性较广，且设备
值。 体积小结构简单，安装和维护方便 ；不足之处在于其
物料经过加热后，其温度为 ： 温度波动较大，温度稳定性不易控制，且如果在高温
t 2 =t 1 +Q/(C·ρ·V） （2） 区的电加热器吸入塑料废膜、低聚物等杂质，这些物
式中 : t 1 、t 2 — 物料加热前、后的温度 ℃ 质累积到一定的量后长时间与电热棒直接接触，存在
C、ρ、V — 物料的比热容、密度、体积 燃烧的危险。
由式（1）、式（2）可知 ： 导热油或蒸汽加热的特点是加热温度波动小，温
t 2 =t 1 +（K·F·τ·Δt）/（C·ρ·V） （3） 度稳定性便于控制 ；但不足之处是能量效率较低，一
由式（3），我们可以知道，当在既定的工艺条件 般使用在小于 280℃的温度场合，且加热器的体积一
下和一定的横向拉伸区域内，物料的温度主要取决于： 般较大，需要配备供油或供汽等热源和管路系统，设
（1）物料加热前的温度 t 1 ，它与前一工序有关 ； 备投资较大，需对管道等进行压力和泄露检测，安装
（2）传热系数 K 的大小 ； 要求较高 ；尤其对于蒸汽介质，存在超压超温爆炸等
（3）传热时间 τ，它与物料停留的时间有关，其 风险，同时使用过程中还容易出现跑冒滴漏等现象，
取决于生产线的运行速度 ； 会对环境产生一定的污染，不便于维护。
（4）传热介质与物料之间的温度差 Δt，Δt 关键取 水加热的特点是加热温度波动较小，温度稳定性
决于传热介质温度 t j 。 便于控制，且加热清洁 ；但其不足之处是加热温度较
在传热学中，对一定的传热介质和物料来说，K 低，一般适用于温度小于 95℃的场合。
值的大小主要取决于流体对固体的放热系数 a、物料 通过以上分析，选择导热油或蒸汽加热方式能较
的导热率 λ 和导热距离 δ，即 K=1/（∑1/a+∑δ/λ）。对 好的保证和控制塑料薄膜的横向拉伸温度场的均匀性
于横向拉伸机的预热、拉伸和定型段来说，其传热过 和稳定性，为其首选方式。但在实际生产线设计中则
程只是简单的空气对薄膜的对流放热过程，并伴有一 需根据塑料薄膜种类和客户要求进行综合考虑，如对
定的辐射放热，式中放热系数 a=a d +a f ，（a d — 对流放 于 BOPP 和 BOPE 等包装类薄膜，可选用导热油或蒸
热系数、a f — 辐射放热系数），其中起决定性作用的是 汽加热方式 ；如对于 BOPI 等有较高温度要求的薄膜
a d ，它是与热风流速的 0.8 次方成正比。为此，传热 就只能选择电加热方式 ；如对于生产环境要求较高的
系数 K 的大小和稳定性主要与热风流速有关，而热风 BOPET 光学膜或电子类薄膜，则倾向于选择电加热方
流速的均匀性和稳定性主要跟热风循环系统的结构设 式。
计有关。
综合以上分析，为达到横向拉伸机温度场的均匀 3 静压箱风嘴的确定
性和稳定性，在一定的生产线运行速度和前一工序的 常用的静压箱风嘴有圆孔形和直缝形两种，见图
均匀性和稳定性前提下，热风循环系统的设计应主要 2 所示，圆孔形风嘴具有热风流速较均匀、传热量大
关注 ：①传热介质的加热方式选择，保证能对其加热 的特点，其适用于塑料薄膜横向拉伸幅宽较大，运进
温度进行稳定有效控制 ；②提高有效的传热系数，即 速度较慢、厚度较薄的场合 ；直缝形风嘴具有热风流
提高热风流速 ；③确保热风流速的均匀性和稳定性， 速较大，传热效率高的特点，其适用于塑料薄膜横向
即要求设计合理的热风循环结构。 拉伸幅宽较小，运行速度较快、厚度较厚的场合。
实际设计中为了保证较好的传热效率和能源利用
2 传热介质加热方式的选择 率，一般取热风流速 v 为 18~40 m/s 为宜，较低的风
热风循环系统的循环介质是空气，加热器位于叶 速不利于传热效率的提高，较高的风速则会增加电机
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