ЭКСТРУЗИОННЫЕ головки ДЛЯ ПЛАСТМАСС И РЕЗИНЫ

Расчет потерь давления

Подробное изучение сложного течения через бленды с прорезанными отверстиями возможно только с помощью сложных методов [33,41]. Поэтому желательно разрабо­тать более простые, но достаточно эффективные методы, позволяющие проводить
общий анализ параметров течения. Основное значение при таком анализе имеют по­тери давления на входе в канал. Полный перепад давления в головке для получения профилей из резины складывается из упругой составляющей, которая характерна для участка входа, и вязкой компоненты, характеризующей стационарное течение в канале, то есть

(7.7)

Если перепад давления известен, его можно использовать при конструировании головки для расчета локальных размеров каналов, обеспечивающих равномерный профиль скорости на выходе из формующей щели.

Существуют различные методы оценки потерь давления на входе в каналы [42-43]. Практические испытания показали [9], что наиболее приемлемым для определения потерь давления на входе является метод, описанный в работе [42]. Минимальные входные потери давления в зоне перехода в цилиндрический канал (например, в ка­пиллярном реометре) можно рассчитать по формуле:

(7.8)

Примечание: индекс Е относится ко входу в канал.

Величина ц по Когсвеллу представляет собой продольную вязкость. Продоль­ная вязкость (вязкость расплава при растяжении), по аналогии со сдвиговой вязко­стью связана со скоростью продольной деформации степенным соотношением. На основе практических исследований ряда резиновых композиций было получено уравнение:

(7.9)

Между напряжением растяжения и перепадом давления на входе имеется связь: а между напряжением растяжения и скоростью продольной деформации —

(7.10)

(7.11)

Комбинируя вышеприведенные уравнения, получаем окончательное уравнение для расчета потерь давления на входе:

Константы вязкости при растяжении (р0, е) можно определить путем измерений на капиллярном реометре. То есть потери давления на входе были определены путем применения поправки Бэгли (см. главу 3). Для этой цели был построен график зави­симости перепада давления (при разных длинах трубы, постоянном диаметре отвер­стия и постоянном расходе) от длины головки. Значение потерь давления при задан­ном расходе представляет собой отрезок, отсекаемой прямой на оси абсцисс. Это значение можно подставить в уравнение (7.10) и зная функцию скорости сдвига г| =/(у), значения рис можно получить непосредственно из уравнений (7.8), (7.10), и (7.11).

Построив график зависимости р от скорости продольной деформации е, получим функцию р = /(с), из которой можно определить значения р0 и Q.

В работе [9] приведены результаты испытания блендовых головок с дисками, в которых прорезаны отверстия прямоугольной и круглой формы, по описанной выше методике. Результаты показали, что уравнения (7.8) и (7.13) хорошо подходят для расчета потерь давления за счет упругости. Сравнение расчетных и эксперименталь­ных значений приведены в табл. 7.3.

В другой серии экспериментов с прорезными дисками более сложной геометрии проверялась формула, предложенная в работе [43]. Она основана на допущении, что при течении материала в отверстиях разной формы, но с одинаковой площадью попе­речного сечения, на входе возникают одинаковые потери давления, которые могут быть рассчитаны для канала с круглым поперечным сечением. Как видно из рис. 7.9,
такая оценка входных потерь давления возможна, поскольку потери давления на вхо­де в каналы с одинаковой площадью поперечного сечения действительно не показы­вают заметного отличия. Для расчета потерь давления в самом отверстии в работах [41,46] была предложена концепция, позволяющая оценить градиент давления для каждого варианта формы с помощью МКЭ. Поясним это на примере резинового окан- товочного профиля (рис. 7.10).

Профиль состоит из двух участков, один — в виде круглого прутка диаметром 10 мм, второй — узкая полоса толщиной 2 мм и шириной 20 мм. Средняя скорость экструзии 10 м/мин (то есть 167 мм/с).

SHAPE * MERGEFORMAT

Рис. 7.9. Потери давления на входе для прорезных дисков с оди­наковой площадью попереч­ного сечения [9]

Рис. 7.10. Распределение скоростей на параллельном формующем участке в головке для изго­товления резинового окан- товочного профиля [41]

Анализ течения в этом случае осуществляется для всего профиля, если градиент давления изменяется в разумных пределах. Результирующие значения (градиент дав­ления, средняя скорость течения) используются для построения характеристических кривых для каждого участка профиля (рис. 7.11).

При этом необходимо убедиться, что результаты расчета для каждого участка профильного канала приведены в диапазоне рекомендуемой средней скорости. Далее можно графически определить величину градиента давления для каждого из участ-

ков канала в виде линии, проходящей через значение рекомендуемой скорости экст­рузии параллельно оси давления до пересечения с характеристическими кривыми. Соответствующие градиенты давления относятся к рекомендуемой скорости экстру­зии (рис. 7.11).