ЭКСТРУЗИОННЫЕ головки ДЛЯ ПЛАСТМАСС И РЕЗИНЫ

Прямоточные головки с дорнодержателем

Течение расплава, поступающего из экструдера в канал круглого сечения, с помо­щью прямоточных головок с дорнодержателем трансформируется в кольцевое тече­ние. В опорном кольце дорнодержателя расплав разделяется его спицами на несколь­ко потоков, которые проходят через щели между спицами устройства. За сходящимся соединительным участком дорна, на котором кольцевой канал сужается под углом 10-15° [83] и где отдельные потоки снова сливаются, находится кольцо с параллель­ными стенками (формующий участок). Соотношение между длиной формующего участка и высотой выходного зазора головок для экструзии труб варьируется от 10:1 до 30:1 [33,42,83 [. Отношение диаметра опорного кольца дорнодержателя к диамет­ру дорна па выходе в головках для экструзии труб обычно составляет 1,4-1,6 для П ВХ и 2 — для ПЭ. Однако эти значения также зависят от наружного диаметра кор­пуса головки [83]. Основные детали головки, такие как наконечник дорна и внешнее формующее кольцо, обычно являются сменными, поэтому прямоточные головки с дорнодержателем могут применяться для производства экструдата различных гео­метрических размеров. На рис. 5.35 к ним относятся деталь 5 и наконечник дорна до плоскости разъема. Чтобы добиться равномерного течения расплава через кольцевую щель, внешнее кольцо 5 (матрица, мундштук) можно смещать в радиальном направле­нии с помощью центрирующих винтов, расположенных по его периметру. В таких конструкциях часто используегся фланец для крепления мундштука, который опирается на предварительно затянутые тарельчатые пружины [84]. Тарельчатые пружины обес­печивают высокое контактное давление, что позволяет добиться хорошего уплотне­ния стыка между сопрягаемыми деталями, одновременно с этим позволяя мундшту­ку перемещаться в поперечном направлении при необходимости регулирования кольцевого зазора.

Из всех типов экструзионных головок, показанных на рис. 5.34, прямоточные го­ловки с дорнодержателем в прошедшие годы применялись чаще всего, поскольку за счет центральной подачи они обычно обеспечивают хорошее распределение расплава, независимое от рабочего режима.

Однако их недостаток состоит в том, что спицы дорнодержателя вызывают появ­ление следов течения, так называемых линий стыка (слияния потоков). Их не всегда можно заметить визуально, но структурно они присутствуют всегда, что приводит к появлению в трубе механически ослабленных участков [85].

Одной из причин появления линий стыка является высокая степень ориентации расплава вблизи спиц дорнодержателя. Ориентация возникает в результате суще­ствования в этой зоне высоких градиентов скорости при прилипании расплава к стен­кам канала, и особенно вследствие высокой вытяжки частиц расплава у схода со спиц дорнодержателя [85]. Влияние на появление линий стыка могут оказывать и разли­чия в плотности слоев расплава в результате разницы температур основной массы расплава и поверхности дорнодержателя [86].

Существуют три основных способа уменьшить возможность появления линий стыка, возникновение которых практически неизбежно при использовании прямо­точных головок [85,87J;

• повышение температуры расплава или времени пребывания его в головке;

• равномерное распределение расплава по периметру с использованием, напри­мер, перемешивающего устройства;

• обеспечение равномерной структуры по всему периметру за счет продольной ориентации молекул, в том числе и при течении между спицами дорнодержа­теля.

В работе 185] были предложены следующие методы решения этой задачи:

• использование элементов, вращающихся вокруг оси головки [88]. Недостаток этого метода состоит в том, что для вращения элементов требуется дополни­тельный двигатель, и, кроме того, могут возникать проблемы с уплотнением;

• нанесение на спицы дорнодержателя антиадгезионного покрытия, например, по­литетрафторэтилена (фторопласта, ПТФЭ). Недостаток этого подхода заклю­чается в том, что на практике такое покрытие быстро изнашивается [89];

• удлинение пути течения материала в экструзионной головке и, следовательно, увеличение времени пребывания. Технически эго возможно, но при этом пол­ная потеря давления в головке не должна превышать предельно допустимого значения (рис. 5.36);

• нагревание спиц дорнодержателя. Это часто бывает трудноосуществимо из-за относительно небольшого размера спиц. Однако со временем в этой области возможны улучшения [86] (рис. 5.36);

• направление течения по сильно сужающемуся каналу сразу за спицами дорно­держателя. На практике это осуществляется всегда, как показано на рис. 5.35;

• использование дополнительных сопротивлений в виде ограничительных вы­ступов, бортиков или решеток. На практике оба метода используются при пе­реработке полиолефинов [ 12, 83];

• использование перемешивающих устройств (рис. 5.36). На поверхности дорна и на соответствующей охватывающей детали головки фрезеруются многоза-

ходные спиральные канавки, направление наклона витков которых противопо­ложно. Благодаря этому течение направляется в тангенциальном направлении, что приводит к перемешиванию и более широкому размыванию линий стыка по периметру экструдата. С успехом применяются и многозаходные спирали, расположенныстолько на одной из сторон На рис. 5.37 показаны некоторые системы дорнодержателей, предназначенные для нейтрализации эффекта «линий стыка». Здесь следует отметить, что перфорирован­ную плиту (решетку) не рекомендуется использовать в качестве опорной системы дорнодержателя из-за ее недостаточной прочности [83J. Кроме того, она не обеспечи­вает, как и тангенциальные опоры дорнодержателя, полного размывания дефектов по поверхности экструдата [90 J. Значительно лучше справляются с этой задачей дорно - держатели с обычными стандартными спицами (рис. 5.37, левый верхний), особенно при применении их в головках для изготовления заготовок на установках для экстру­зии с раздувом. Преимущество их использования заключается в том, что дефектные линии стыка в головке быстро «залечиваются», не достигая выхода. Однако сопро­тивления течению по всему периметру прохождения расплава должны быть строго одинаковы для обеспечения равенства средних скоростей [91 ].

Спицы дорнодержателя должны конструироваться с учетом характера течения расплава. Их длина не должна превышать 30-80 мм, а ширина (толщина) быть не более 9-12 мм [83], на входе и выходе спицы должны иметь симметричную клиновую форму с углом клина примерно 8°. Высота зазора щели в дорнодержателе на практике

Рис. 5.37. Опорные системы дорнодержателей

составляет от 10 до 25 мм, а количество спиц возрастает примерно пропорционально квадрату диаметра дорна [83].

Скругления в основаниях спиц должны выбираться с учетом переработки термо­чувствительных материалов, не допуская образования застойных зон и термического разложения материала.

В прямоточных головках с дорнодержателем могут развиваться давления до 600 бар [83], поэтому прочность спиц на срез должна быть достаточна для сопротив­ления возникающим напряжениям.

По соображениям механической прочности внешние диаметры прямоточных го­ловок с дорнодержателем не должны превышать 700 мм [45].