ЭКСТРУЗИОННЫЕ головки ДЛЯ ПЛАСТМАСС И РЕЗИНЫ

Экструзионные головки для нанесения покрытий на сердечники

Головки для нанесения покрытий на разнообразные сердечники относятся к груп­пе экструзионных головок, имеющих кольцевое поперечное сечение на выходе. Они наносят слой расплава на сердечник, который протягивается через центральное от­верстие в головке, специально предназначенное для этой цели. Типичными областя­ми применения таких экструзионных головок являются нанесение пластмассовой изоляции на электрические проводники, световоды для оптоволоконных линий свя­зи, антикоррозионных покрытий на трубы. Соответственно, целями этих технологи­ческих процессов в каждом конкретном случае являются электроизоляция провод­ников, улучшение качества поверхности, защита от коррозии и т. д. [ 116|. Как правило, на линиях для нанесения покрытий экструдер располагается под углом от 30 до 90° к направлению движения сердечника. Предпочтительным вариантом является рас­положение экструдера под прямым углом.

Приводимые далее рассуждения относятся к нанесению покрытий на проводни­ки, как к наиболее естественной области применения данного процесса. На рис. 5.53 показан пример типичной конструкции экструзионной головки, предназначенной для нанесения покрытий на проводники. Для нанесения покрытий на сердечники используют две различные конструкции экструзионных головок [13, 125]: головки для нанесения покрытий под давлением на сердечники и головки для нанесения по­крытий на трубы.

Головки для нанесения покрытий под давлением

При нанесении покрытий под давлением проводник покрывается расплавом в ка­нале экструзионной головки, где еще существует высокое давление (рис. 5.54, а). Этот технологический процесс предпочтителен при нанесении кабельной изоляции (первичное покрытие), особенно на многожильные проводники, когда расплав дол­жен проникать между отдельными жилами кабеля для исключения возникновения воздушных пустот. Для гарантированного достижения этой цели нанесение покры­тия производят под вакуумом.

Нанесение покрытий под давлением имеет еще одно преимущество — повышен­ная адгезия расплава к проводнику [ 13].

Головки для нанесения трубчатых покрытий

При использовании головок для нанесения трубчатых покрытий трубообразный экструдат выходит из головки и наносится на сердечник за пределами формующего канала. Это происходит за счет вытяжки экструдата при отводе его тянущим устрой­ством. Иногда для улучшения сцепления покрытия с сердечником процесс проводят под вакуумом (рис. 5.54, b). Этот метод часто применяется для нанесения покрытий на уже изолированные провода, то есть вторичных покрытий, а также для нанесения полиэтиленовых покрытий на металлические трубы.

1Iреимущесгво этого метода в том, что отдельные слои являются строго соосны­ми [ 125].

Как и в ранее описанных случаях, при нанесении покрытий важно обеспечить равномерный выход расплава но всему периметру формующей щели за счет правиль­ного проектирования системы распределения расплава.

В основном для этой цели применяются угловые головки с дорном и коллектора­ми в форме кардиоиды или вешалки [126, 127]. При этом конструкция коллектора в форме вешалки является предпочтительной за счет ее хороших распределительных свойств. Насколько известно автору, головки со спиральным распределителем на дор - не для этой цели не применяются, но случаи использования спиральных коллекторов описаны в литературе [89,109,128].

За коллектором дорн и детали корпуса головки сужаются к сердечнику (рис. 5.53), чтобы постепенно увеличить скорость расплава и уравнять ее со скоростью протяги­вания провода.

Направляющий наконечник дорна и головка могут центрироваться и иметь от­дельный нагреватель. Наконечники могут быть сменными, что позволяет использо­вать различные типы сердечников, различные виды покрытий и разные их размеры. Так как процесс нанесения покрытий часто происходит при значительных давлениях, необходимо предотвратить утечку расплава в полую полость дорна. Это достигается уменьшением зазора между проводником и внутренней стенкой наконечника дорна до минимально возможного значения. При нанесении покрытий под давлением этот зазор составляет примерно 0,05 мм, а при нанесении трубчатых покрытий он может достигать 0,2-0,Змм [13].

Поскольку зазор между отверстием в направляющем наконечнике и протягивае­мым через него проводником мал, а скорость протягивания высока, направляющие наконечники подвержены сильному износу. По этой причине наконечники часто из­готавливаются с алмазными, корундовыми или твердосплавными вкладышами [33, 125]. Центрирование кольца головки осуществляется с помощью центрирующих бол­тов. Для правильно сконструированных головок требуется минимальная настройка, так как расход изменяется пропорционально высоте формующего зазора в третьей степени.

11а рис. 5.55 показана головка с предварительным центрированием, для которой, как указывает название рисунка, дополнительного центрирования не требуется [ 125]. Дополнительным преимуществом этой головки считается то, что проводник уже по­крыт тонким слоем расплава при прохождении через внутренний направляющий вкладыш. Это уменьшает износ вкладыша и улучшает адгезию полимера к проводнику.

Геометрия отверстия внешнего кольца головки влияет на максимально допусти­мую скорость нанесения покрытия и качество поверхности экструдата. Улучшения качества поверхности можно добиться уменьшением конусности и увеличением дли­ны формующих участков головки [ 129]. По сведениям, приведенным в работе [ 109], для пластифицированного ПВХ рекомендуются формующие участки длиной от 0,2 до 2D, а для Г1Э — 2-5D.

На качество поверхности влияют также размеры головки по отношению к размерам продукта, на который наносится покрытие. Если головка слишком велика, то время пребывания в пей материала также велико. Если головка мала, то это оказывает нега­тивное влияние на контроль размеров экструдата, так как головка не обеспечивает

достаточного амортизирующего действия на участке между шнеком экструдера и выходом из экструзионной головки. В некоторых экструзионных головках, предназ­наченных для нанесения покрытий на проводники, дорн или его наконечник могут сдвигаться в осевом направлении. Это позволяет увеличить гидравлическое сопро­тивление и устранит), линии стыка, создаваемые распределительной системой. Как и в головках для изготовления труб и рукавных пленок, отдельное регулирование температуры дорна применяется только для головок больших размеров.

Конструирование

При рассмотрении реологических принципов конструирования экструзионных головок с кольцевым поперечным сечением необходимо принимать во внимание от­личительные особенности разных типов головок.

В головках с дорном и ситовой корзиной вследствие благоприятной базовой гео­метрии каналов распределение расплава по периметру получается хорошим. В дан­ном случае важны следующие параметры: для механического расчета конструкции — полный перепад давления и различные составляющие сил, действующих на головку; для прогнозирования возникновения застойных зон и нестабильностей течения — минимальное и максимальное напряжения сдвига на стенках канала; для оценки на­грузки на расплав — изменение напряжений сдвига и температуры во времени. Нако­нец, для устранения возникновения застойных зон и различных нестабильностей те­чения важно учитывать конфигурацию зоны дорнодержателя.

Конструкция смешивающих канавок очень похожа на конструкцию спиральных распределителей, и поэ тому будет рассматриваться в данном контексте.

Основной целью реологических принципов конструирования экструзионных го­ловок для производства т руб и рукавной пленки с боковой запиткой и коллек торами в форме кардиоиды, головок со спиральным распределителем на дорне по аналогии со щелевыми экструзионными головками является получение хорошего распределе­ния расплава.

При разработке головок для нанесения пластмассовой изоляции, особенно для нанесения покрытий под давлением, реологические принципы необходимо учиты­вать при рассмотрении зоны нанесения покрытия.