У формуючих інструментах здійснюється формування надходить з екструдера гомогенного розплаву: йому надається форма відповідного готового виробу, причому в деяких випадках остаточне формування і фіксації форми проводиться в калібрують пристроях.
Основні вимоги до форми інструменту: забезпечення рівномірності подачі розплаву полімеру до оформляють каналах (до виходу); виключення порушення стабільності процесу; рівність швидкостей потоку по ширині і периметру вихідний щілини; виключення коливань температури, перегріву, що переробляється і т.д.
Для конструювання формуючого інструмента необхідно знати реологічнівластивості що переробляється.
Залежно від форми екструдата розрізняють: формующий інструмент із замкнутим форми контуром поперечного перерізу каналу (для отримання порожнистих профілів, труб, раздувной плівок, покриттів проводів і кабелів) і з відкритим контуром поперечного перерізу каналу (для отримання суцільно профілів, листів, плоских плівок) .
Формующий інструмент першого типу характеризується наявністю спеціальних елементів (дорнів), які обтікають (омиваються) розплавом полімеру з поділом потоків і їх подальшим з'єднанням. Ця обставина створює певні технічні труднощі при конструюванні формуючого інструм. За способом кріплення дорна розрізняють формующий інструмент з нерухомим кріпленням дорна в спеціальних дорнодержателях і з кріпленням дорна без дорнодержателя.
Мал. 1. Прямоточная трубна головка: 1 - корпус головки; 2 - фланець; 3 - Дорн; 4 - мундштук; 5 - дорнодержатель; 6 - наконечник дорна; 7 - нагрівальний елемент; 8 - штуцер для стисненого повітря; 9 - ребро дорнодержателя.
У формувальному інструменті першого типу Дорн допомогою звездообразного дорнодержателя з радіально розташованими ребрами кріпиться до корпусу формуючого інструмента, а ребра дорнодержателя розсікають розплав полімеру. Такі головки застосовуються при виробництві труб (рис.1), порожнистих профілів і рукавних плівок (рис.2).
Рис.2. Кутова екструзионная головка для отримання рукавної плівки: 1 - кільце орна; 2 - мундштук; 3 - Дорн; 4 - обойма мундштука; 5 - решітка; 6 - дорнодержатель; 7 - штуцер для підведення стисненого повітря; 8 - перехідник; 9 - обертовий диск; 10 - левередж; 11 - привід; 12 - ковзне кільце; 13 - обертається вулканізаційних; 14 - ущільнювальні шайби; 15 - поворотна деталь; 16 - фільтр; 17 - перехідник; 18 - електронагрівачі; I, II, III - вхідна, перехідна і формуюча зони відповідно.
Існують головки з дорном, який кріпиться не за допомогою дорнодержателя, а за допомогою фланців, розташованих на дорні (рис.3). Такі головки застосовують у виробництві рукавних плівок.
Рис.3. Екструзионная головка для отримання рукавної плівки з центральним харчуванням і регульованим давлніем: 1 - формуюче кільце; 2 - мундштук; 3 - Дорн; 4 - корпус мундштука; 5 - кріпильні болти; 6 - термопари; 7 - штуцер для підведення стисненого повітря; 8 - перехідна втулка; 9 - крапёжная шайба; 10 - дросель; 11 - фільтр; 12 - перехідник; 13 - кріпильна втулка; 14 - болт регулювання кільцевого зазору.
На рис. 4 і 5 представлені головки для нанесення покриттів на кабелі або проводи і для виробництва рукавних плівок. У таких голівках Дорн кріпиться до спеціального полому стрижня, який має можливість осьового переміщення. У цих голівках відбувається бічне харчування розплавом, а між дорном і корпусом головки є розподільний канал, призначений для забезпечення рівномірного підведення розплаву полімеру до оформляє щілини. При цьому виникає проблема вирівнювання лінійних швидкостей потоку по периметру оформляє щілини.
Рис.4. Кабельна головка: 1 - перехідник; 2 - корпус головки; 3 - регулювальний болт; 4 - гайка; 5 - мундштук; 6 - Дорн; 7 - сопло для підведення пофарбованого розплаву; 8 - підвідний канал; 9 - регулююча втулка; 10 - гільза.
Рис.5. Екструзионная головка для отримання рукавних плівок з боковим харчуванням розплавом: 1 - перехідник; 2 - фільтр; 3 - корпус головки; 4 - термопари; 5 - штуцер для підведення стисненого повітря; 6 - колекторний канал; 7 - затвор (звуження); 8 - вирівнюючий канал; 9 - електронагрівачі; 10 - Дорн; 11 - болт для регулювання ступеня дроселювання; 12 - болт для регулювання величини формуючого зазору; 13 - дросселирующее кільце; 14 - мундштук; 15 - кріпильна втулка; 16 - кріпильний болт.
Незалежно від призначення головок (головки для екструзії гранул, труб, профілів, листів, плоских і рукавних плівок) в них є такі зони: 1) вхідна зона (перехід від екструдера до голівки), в якій відбувається зміна конфігурації поперечного перерізу підвідних каналів - кругла (в разі однечерв'ячні екструдерів) форма і форма вісімки (для двухчервячних екструдерів) перетвориться в більшості випадків в прямокутний або овальний канали безпосередньо на вході в головку; 2) перехідна зона або ділянку розподілу розплаву, в віді прямокутна або овальна форми поперечногосеченя потоку розплаву трансформуються в форму поперечного перерізу відповідного напівфабрикату безпосередньо на вході в оформляє канал; 3) оформляє (формуюча) зона, в якій з полімеру формується виріб або напівфабрикат необхідного профілю.
Проектування і розрахунок ектрузіонних головок роблять у наступній послідовності:
- визначення розмірів оформляють зазорів; при цьому необхідно враховувати ступінь витяжки і розбухання екструдата;
- розчленовування каналів складної геометрії на ділянки простий геометрії поперечного перерізу і визначення відповідних елементарних витрат через ці ділянки;
- визначення швидкостей зсуву γ для даної температури переробки і ефективної в'язкості по кривим течії;
- розрахунок коефіцієнтів опору Ki для кожного з елементарний ділянок Січі оформляють каналів; при цьому використовується відоме співвідношення між об'ємною продуктивністю і перепадом тиску для даної геометрії оформляють каналів. Коефіцієнт Ki залежить від геометричних розмірів і форми каналів;
- розрахунок перепаду тиску;
- порівняння перепаду тиску окремих ділянок. У разі великої різниці в перепадах тиску задають нові розміри перетинів ділянок і розрахунок повторюють;
- оцінка підвищення температури Δθ внаслідок диссипативного тепловиділення при сдвиговом перебігу в адіабатичному наближенні:
Δθ = ηеγ2t / cρ
Для розрахунку загального перепаду тиску застосовуються такі формули:
при послідовному з'єднанні ділянок каналів
при паралельному з'єднанні
? Р = Δpi = Δp1 = Δp2 = ... = Δpk
де k - число ділянок; ? Р - сумарний перепад тиску; Δpi - перепад тиску на окремих ділянках.
При конструюванні екструзійних головок необхідно забезпечувати виконання таких основних вимог:
- реологічно сприятливі умови перебігу розплаву полімеру по каналу за рахунок плавної зміни поперечного перерізу (кут нахилу при конічному переході повинен бути ≤30о);
- сталість розмірів оформлющіх каналів з метою виключення локальних деформацій розплаву на певних ділянках головки, що призводять до спотворення розмірів екструдата;
- точна відтворюваність фіксації положення окремих деталей головки;
- можливість доопрацювання окремих деталей з метою коригування потоків розплаву;
- легкий монтаж, демонтаж, обслуговування і ремонт головки;
- економія матеріалу при виготовленні екструзійних головок.
Екструзійні головки розрізняються за способом кріплення до циліндра екструдера (за допомогою фланців, байонетнимроз'ємів затворів і відкидних болтів), по розташуванню осі головки відносно осі черв'яка (кутові, прямоточні і офсетні) і по типу нагрівачів (з нагрівачами опору і нагріванням рідкими теплоносіями).
джерело: Техніка переробки пластмас