Theoretical Study of Operating Limits for the Calendering Process

04/2005 April

The velocity and pressure field forms within the gap of a calender is numerically calculated. The numerical calculations are based on a decoupled calculation method for the free surface of the bank. The transport equations for mass and momentum are solved numerically. The position of the free surface of the bank is determined by shifting it until it matches a stream line. Parameters are the gap height, the circumferential speed of the rolls, the speed ratio, the feed mass flow into the gap and the rheological behaviour of the polymer. All process parameters are subject to boundaries due to the requirements to the quality of the calendered sheet regarding surface appearance, air bubble inclusions or mixing of the polymer. The calendering
process itself requires limited operating windows for the variation of the process parameters in order to meet the product quality requirements. These operating windows are discussed and graphically plotted.

Theoretische Diskussion von Betriebsgrenzen für den Kalandrierprozess
Auf numerischem Wege werden die Geschwindigkeits- und Spannungsfelder
und die sich im Verarbeitungsprozess einstellende Position der freien
Knetoberfläche berechnet. Die Berechnung des Strömungsfeldes und
der sich einstellenden freien Oberfläche erfolgt iterativ. Die Transportgleichungen für die Massen- und Impulsströme werden mit dem Programm Polyflow gelöst. Die Lage der freien Oberfläche wird aus dem Ergebnis für das Geschwindigkeitsfeld berechnet. Das Strömungsfeld und die Lage der freien Oberfläche des Knets werden in Abhängigkeit der Spalthöhe, der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen, deren Friktions-Zahl, der Durchmesser, dem durch den Spalt geförderten Massenstrom und den Fließeigenschaften berechnet. Die Variationsbereiche aller Verfahrensparameter unterliegen aufgrund der Anforderungen an die Eigenschaften der kalandrierten Bahnen Grenzen. Mit Hilfe der berechneten Strömungsfelder werden Betriebsgrenzen bezüglich dispersiver
und distributiver Vermischung, Oberflächengüte, Lufteinschlüsse und
temperaturbedingter Defekte erläutert. Die Betriebsgrenzen kennzeichnen
Verarbeitungsfenster die qualitativ dargestellt und diskutiert werden.