Общее устройство и принцип действия экструзионных головок.

Назначение экструзионного формующего инструмента – это формование расплава полимера, поступающего из экструдера, в непрерывное изделие с постоянным (реже переменным) поперечным сечением заданной формы. Расплав вначале оформляется в виде непрерывного профиля, поперечное сечение которого весьма близко к окончательному. Эту функцию выполняет головка. Придание конечной конфигурации изделия и охлаждение его выполняется калибрующим устройством. От конструкции головки в значительной мере зависит точность размеров и качество поверхности экструдируемого изделия. Конструкция головки должна удовлетворять следующим требованиям:

1) Обеспечивать трансформирование потока с целью придания ему формы, соответствующей сечению изделия.

2) Конфигурация формующей щели головки должна быть выполнена с учетом искажений формы струи, возникающих в результате высокоэластического восстановления.

3) Конфигурация каналов головки должна исключать в ней застойных зон.

4) Головка должна обладать достаточным сопротивлением, чтобы на выходе из экструдера создавалось противодавление, обеспечивающее качественное смешение и гомогенизацию полимера.

5) Конструкция профилирующих частей головки должна быть достаточно жесткой, чтобы при любых рабочих давлениях сечение проточной части оставалось неизменным.

6) Конструкция должна обеспечивать возможность регулирования объемного расхода по периметру, чтобы можно было устранить влияние неточного расчета и изготовления на профиль изделия.

Далеко не все эти задачи поддаются строгому количественному анализу, и в настоящее время при проектировании головок наряду с инженерными расчетами используется практический опыт, накопленный в этой области. Одна из основных проблем, которую приходится решать при конструировании головок – это определение коэффициента сопротивления, позволяющего рассчитать давление экструзии и определить фактическую производительность. Производительность определяется в результате решения двух уравнений: описывающего внешнюю характеристику экструдера при заданных условиях и описывающего внешнюю характеристику головки. Точка пересечения кривых определяет величину фактической производительности.

Рассмотрим устройство экструзионной головки на примере головки для формирования закрытого профиля. Во всех конструкциях головок полость, по которой движется расплав можно разделить на следующие зоны:

I, II – зона входа в головку и переходная зона от цилиндра экструдера к головке, т.е. участок между концом шнека и решеткой. В этой зоне создается наибольшее давление, необходимое для продавливания расплава через головку. Если сопротивление головки мало, то на решетку кладут сетки для увеличения сопротивления течению. Решетка способствует также правильному формованию изделия тем, что предотвращает вращательное движение расплава, сообщаемое ему шнеком. Затем отдельные струи расплава, образовавшиеся в решетке сливаются в один сплошной поток.

III – зона дорнодержателя.

IV – зона подводящих каналов. Участок образуется формующими деталями (мундштук, дорн). Расплав на этом участке подводится к формующей щели с поперечным сечением близким по форме и размерам к сечению готового изделия.

V – формующая зона. Последний участок в полости головки, где расплаву придается форма изделия. Длина этой зоны должна быть достаточной, чтобы за время прохождения через нее из расплава сформировалось изделие. Поскольку в этой зоне создается основное сопротивление течению расплава, то длина ее лимитируется величиной этого сопротивления.

Конструкция головок разрабатывается так, чтобы обеспечить плавное течение расплава внутри каждой зоны и отсутствие на пути расплава уступов и мертвых зон.

Сопрягающиеся детали головки плотно прижимаются друг к другу с усилием противодействующим давлению расплава (до 35 МПа).

Любая головка имеет формующий канал 14. Его поперечное сечение повторяет форму поперечного сечения изделия. Наружная поверхность изделия оформляется одной или несколькими деталями (7,9), называемой мундштуком. Внутренняя поверхность оформляется дорном 8. Дорн крепится к дорнодержателю 4 на резьбе. Дорнодержатель имеет 4 сегментных отверстия для прохода расплава, и отверстие в одном из ребер для подачи воздуха во внутрь оформляемого изделия для его калибровки. Для регулировки зазора формующего канала на головке имеются винты 5. Головка имеет обогрев 3. В корпус головки устанавливают приборы теплового контроля в соответствие с числом независимо регулируемых зон обогрева.