ИМХО.
Головка для экструзии НПВХ управляет течением полимера за счет:
-Формующего канала
- количеством и местом расположения нагревателей и термопар контроля температур
- массой деталей головки как аккумулирование тепла. Для удержания и стабилизация рабочей температуры. Это особенно важно для труб большого диаметра. Когда дорн "дозревает до раб. температур" часы после пуска.
Формующий канал головки для экструзии НПВХ имеет отличия от головок для экструзии полиолефинов.
Из-за
- способности НПВХ пригорать в инструменте (формирование автоуглов), а высокое содержание минеральных наполнителей ( а это более 30-50 в.ч) как раз ускоряет появление такого пригара.
-относительно слабые силы когезии в самом материале. особенно на бОльших наполнениях
- формующая часть канала головки (последние плиты профильной головки и/или длина дорна и мундштука у трубной головки) должна иметь длину не менее L=20*S Где S- толщина стенок и перегородок изделия. Это условие определяет качество поверхности изделия
- углы переходов канала от плиты к плите головки желательно иметь в пределах до 15 град. Отметим. Чем выше содержание наполнителей в смеси, тем меньше должны быть эти углы переходов. Это требование к углам перехода определяет длину всего канала, а значит и общую длину головки.
В профильных головках. Типа оконных профилей. Для обеспечения максимально одинаковых скоростей истечения экструдата. Материал распределяется по каналам формирования стенок и перегородок. Точка и углы входа в эти каналы находятся на разном отдалении от плоскости сопряжения головки с экструдером. И зависят от толщин перегородок и стенок. И места положения этих перегородок относительно пятна диаметра адаптера. ( этот вопрос попозже
)
Новая головка оконного профиля на заводе клиента как раз и доводится до ума. За счет именно «допилом» этих углов входа в эти каналы.
Именно для этих работ компания «Грайнер» имеет целый штат мастеров. Которые проводят эти работы по доводке на заводе клиента..
Головка, а именно ее канал, это всегда дроссель. Который имеет «гидравлическое сопротивление» течению полимера.
Материал после схода со шнеков имеет два места дросселирования. Сначала это вход в адаптер. Так для Ф65 коника диаметр адаптера Ф40. У Ф90 параллельного экструдера диаметр адаптера Ф60. Потом- это сам канал головки.
Если рецептура и экструдер подобраны правильно для головки . То рабочее давление расплава в головке должно быть в пределах 25-28 Мра с температурой расплава 195-198 град С. А нагрузка на привод экструдера в пределах 70-80% при 11-15 об/мин.шнеков
При движении экструдата в канале головки скорость материал начинает расти. Скорость увеличивается в 5-7 и более раз.
А разогнать материал можно только одним способом. Плавно менять сечение канала.
Плавное снижение площади поперечного сечения канала разгоняет материал. Увеличения площади поперечного сечения приведет к снижению скорости течения материала. К появлению расслоения потока. Пристенные слои материала тормозят. А это условие для формирование «автоугла» .
Лучше всего это можно оценить на графике. Если построить график изменения площади канала. По оси «Х» отложить длину головки от адаптера до входа материала в формующую часть. И по первой оси «У» отложить площади сечений адаптера по второй оси «У» отложить суммарную площадь стенок и перегородок сечения
Для профильной головки это точка на входе в последнюю плиту головки. Для трубной это точка начала прямого канала между дорном и мундштуком.
Получим три возможных графика
1.На таком графике желательно получить наклонную ровную линию снижения площади поперечного сечения канала.
Такой график дает проектанту трубной головки некоторый запас. В оценке усилия на разрыв болтов крепления плит между собой. В оценке эффективной площади контакта плит между собой. Конструкции замка для защиты от прорыва материала через стык.
Но. Иногда такое условие к геометрии канала обеспечить довольно сложно.
Например. Станочный парк изготовителя не позволяет изготовить такой канал.
2.Тогда применим второй способ.
Такой График имеет прямую линию, На этом участке площадь канала равна площади адаптера. И до места когда мехобработка и конструкция головки позволят начать ровное снижение к значениям площади стенок изделия.
Примером такого проектирования может быть, например трубная головка.
Принимаем, что типичная трубная головка состоит из трех участков определяющих площадь канала
- 1 участок. Канал между корпусом с внутренним конусом и дорнодержателем с внешним конусом и каналом между спицами до плоскости соединения с дорном и мундштуком
- 2 участок Канал между конусом мундштука и конусом дорна. До начала формующего канала
- 3 участок Сам формующий канал.
Участок 1 имеет равную площадь канала с площадью адаптера машины. Это условие позволяет нам считать, что на этом участке канала расплав практически не меняет ни скорость течения, ни давление.
Но есть один серьезный минус. Болты крепления дорнодержателя к корпусу головки и болты крепления прижимного кольца мундштука должны выдержать усилие на отрыв равное «давление расплава Х площадь пятна внешнего конуса дорнодержателя. Нужно не допустить протечки через стыки плит головки
И еще. Для этих двух вариантов. Внешний конус дорнодержателя меняет свою форму. Это уже не простой конус – а профиль по форме ближе к пуле или шишаку (древнерусский шлем)
3.К сожалению. Многие китайские головки имеют значительное превышение площади канала на участке от входа во внутренний конус корпуса и до входа в формующий канал «мундштук – дорн».
На многих чертежах сечения китайских головок ширина канала в спицах всегда равна половине диаметра отверстия адаптера!!!
А это чревато пригарами материала на первой трети внешнем конусе дорнодержателя, на спицах, и стенках кольцевого канала. Нагар на внутреннем конусе корпуса на "6 часов".
Все это приводит к браку, к частым остановкам и чисткам . Потерям машинного времени. Попытка смазать смесь в этом месте. То же не очень хорошо. Избыток высокотемпературных смазок в смеси меняет процесс плавления смеси в машине. «Точка начала пластикации» уходит все дальше от загрузки.
Шнеки работают в недогрузе. Шнеки трут о цилиндр. Износ.
В таких режимах шнеки может и оборвать…
Такая смесь имеет слабый физмех. А избыток смазок типа ПЭ воск и Мод. перераб. еще и снизит температуру стеклования.
Конечно у этих трех "графиков" могут быть отклонения. в ту или иную сторону. Площадь больше либо даже меньше. Оценить это можно сбором статистики. Что практически недоступно. Но думаю в плюс по площади "можно убежать" в пределах 5% или даже 10%
Встречается еще один тип головок. Когда площадь стенок изделия больше либо равно площади диаметра адаптера.
Чаще всего это ошибка при согласовании оборудования в проекте.
Но. Есть примеры попытки решения. Это установка "сопла" между экструдером и головкой. Что бы хоть проработать смесь в машине. Такое решение ограничит значение К в пределах 58-59 для ПВХ и ввод наполнителя в смесь. И такой "тонкий " поток может начать качать внутри канала. Что может дать разную плотность материала в стенках изделий. Да и машина будет работать на повышенных оборотах. Машина становится весьма чувствительной к насыпной плотности смеси. Машину начинает качать по току и давлению. И гарантировать стабильный физмех от изделия к изделию будет уже нельзя
Р.С. Есть еще один вопрос. Сегодня мы не знаем, какой график 1 и 2 дает лучший физмех готового изделия. Как влияет «долгий разгон» материала в графике 1. Когда скорость растет сразу от адаптера внутри всей головки. Или при «коротком разгоне» в графике 2 когда материал увеличивает скорость с половины длины головки