ЭКСТРУЗИОННЫЕ головки ДЛЯ ПЛАСТМАСС И РЕЗИНЫ

Критерии и возможности при конструировании систем нагрева

При разработке оптимальной конструкции системы нагрева экструзионных голо­вок конструктор исходит из следующие данных:

Геометрическая форма экструзионной головки оказывает решающее влияние на распространение тепла. После того как в ходе реологических расчетов будет установлена геометрическая форма каналов головки, конструктору остается выбрать только форму внешнего контура головки (круглую, угловую, блендо - вую), толщину стенок корпуса, степень симметрии, оценить механическую прочность конструкции.

Выбор материалов для изготовления деталей экструзионной головки влияет на ее самые основные термические свойства, такие как теплопроводность, темпе­ратуропроводность, а также на фактическую реализацию конструкции (нали­чие теплоизоляции, использование специальных сплавов с высокой тепло­проводностью) [26].

Пространственная организация подвода тепла (количество, расположение и мощ­ность нагревательных элементов) может изменяться от равномерно распреде­ленных по головке нагревателей до сконцентрированных в пределах локальных участков.

Расположение датчиков температуры и выбор управляющих характеристик влия­ют на статические (продолжительные отклонения) и динамические (реакция на воз­мущения и размах температуры) свойства системы управления.

Качество тепловой системы головок оценивается с помощью различных критериев, направленных, например, на оценку определенных свойств головки или экструдата, требуемых для каждого конкретного практического приложения. Поэтому приводи­мые ниже общие критерии служат для оценки качества тепловых систем экструзион­ных головок.

Равномерность распределения температуры по поверхности каналов экструзион­ной головки в большинстве случаев является основным критерием, при со­блюдении которого обычно можно добиться равномерного распределения скоростей на выходе из головки, конструкция которой является правильной в реологическом отношении.

Стабильность температуры (ее постоянство во времени) является критери­ем, по которому оценивается эффективность системы регулирования тем­пературы головки. Скорость реагирования на изменение внешних условий (условий окружающей среды, наличие воздушных потоков), изменения температуры поступающего расплава, или изменения рабочего режима (на­пример, производительности), а также естественные колебания температу­ры в системе регулирования влияют на качество экструдата и изменение его свойств.

Механическая прочность головки, особенно для широкощелевых головок, влияет на постоянство размеров конечного продукта. Обычно такие головки должны иметь толстые стенки, что приводит к тепловой инерционности конструкции.

Большое значение имеет стоимость изготовления головки. Поскольку реологиче­ские расчеты не всегда позволяют получить точную окончательную конфи­гурацию каналов головки, необходима их дополнительная механическая обра­ботка. Кроме того, необходимо обеспечить относительную простоту демонтажа головки. Это же касается демонтажа головки для очистки, поверхностной обработки канала, например, электролитического хромирования или поли­ровки. Требование удобства демонтажа часто вступает в противоречие с тре­бованиями к тепловой системе конструкции (например, к расположению на­гревательных элементов). Необходимость сверления узких и глубоких отверстий с хорошим качеством поверхности и жесткими допусками на раз­меры (для нагрева каналов) для установки ТЭНов [26] усложняет и удорожа­ет конструкцию, особенно если элементы нагревательной системы должны на­ходиться вблизи каналов экструзионной головки.

Энергопотребление нагревательной системы экструзионной головки обычно не­велико по сравнению с энергопотреблением всей экструзионной линии, но при оптимизации тепловой системы головки (внутреннее или внешнее на­гревание, наличие теплоизоляции) оно также должно приниматься во вни­мание.

Поведение головки па этапе подготовки запуска важно для определения эконо­мичности всей линии, особенно если требуется частая смена головок (напри­мер, при экструзии профильных изделий). Хотя с точки зрения терморегули­рования массивные головки обладают преимуществом, для их нагрева до необходимой температуры требуется определенное время (период до пуска линии), особенно при работе с нагревательными элементами низкой номи­нальной мощности. Поэтому для сокращения времени нагрева головки часто применяют дополнительные (стартовые) нагреватели или постоянно работа­ющие управляющие элементы [27].

Регулирование температуры поверхности экструдата, позволяющее получить необходимое качество его поверхности на выходе из головки, представляет собой специальный критерий, часто применяющийся при экструзии листов и пленок. В таких случаях на выходе из головки устанавливают дополнитель­ную тепловую зону, независимую от других тепловых зон головки [11].

Примером специального критерия является необходимость отдельного нагрева участков головки по ее периметру или ширине (соответственно, для головок, предназначенных для производства рукавной пленки и для широкощелевых головок). Это осуществляется с помощью независимого регулирования тем­пературы участков, используя соответствующие конструктивные меры, мно­гоканальную экструзию или системы управления на микропроцессорах.

Приведенные выше критерии иногда вступают в противоречие друг с другом, что часто приводит к созданию конструкций головок, неоптимальных в тепловом отно­шении. Тем не менее даже такие головки, разработанные с учетом взаимно противо­речивых граничных условий, на практике успешно применяются.