Графическое изображение аналитической зависимости (3) представлено на рис. 5 прямыми 1 и 2. Из рисунка следует, что при отсутствии сопротивлений течению расплава (Р=0) экструдер работает как винтовой насос с максимальной производительностью Q. Если на выходе из экструдера стоит заглушка, т. е. aN = (b + g)P/h то в нем развивается максимальное давление Р, а Q = 0.
Рис. 1.2.5. Зависимость производительности Q от давления Р расплава на выходе из экструдера: 1, 2 – характеристики шнека: 3 – характеристика головки; а и б – рабочие точки
Анализируя уравнение (3) и значения коэффициентов a, b, g можно проследить влияние геометрических параметров шнека и свойств расплава полимера на производительность Q и характер изменения Q от Р т. е. угол наклона прямых 1 и 2 на рис. 5. Последнее имеет важное практическое значение. При небольшом колебании DP (см. рис. 5), которое может возникнуть при практической работе, последнее сказывается на величине колебания DQ1 или DQ2. Чем больше DQ, тем больше пульсация расплава, т. е. больше неравномерность во времени скорости и выхода расплава. Это сказывается в первую очередь на разнотолщинности получаемых изделий. Разнотолщинность тем больше, чем выше DQ. Из уравнения (3) легко показать, что при прочих равных, условиях у экструдеров с большим L/D колебания DQ, т.е. пульсация, меньше, чем у экструдеров с меньшим L/D. При равенстве D первый тип экструдера называется длинношнековым, второй короткошнековым. Кроме того, увеличение L способствует получе – нию расплава более гомогенного, так как время воздействия на него шнека больше, чем в короткошнековых экструдерах. Изделия, получаемые из гомогенного расплава, обладают лучшими свойствами. Короткошнековые экструдеры имеют L/D = 12-18, длинношнековые L/D > 30. Наиболее распространены экструдеры с L/D = 20-25.
Течение расплава через сетки и формующую оснастку. Расплав вращающимся шнеком продавливается через решетку, к которой прижаты металлические сетки. Сетки фильтруют, гомогенизируют и создают сопротивление движению расплава, на них теряется часть давления. Проходя через систему фильтрующих сеток, порции полимерного расплава с большей вязкостью задерживаются на сетках. Этого времени должно хватить для того, чтобы порция расплава достигла нужной температуры.
Сверхвысокомолекулярные фракции полимера и различные примеси задерживаются сетками и через некоторое время они вместе с сеткой удаляются из цилиндра экструдера.
После прохождения сеток гомогенизированный расплав под остато – чным давлением (Р=5,0 – 35 Мпа) продавливается в формующую оснастку и, приобретая определенный профиль, выходит практически под очень небольшим избыточным давлением из фильерной части головки. Кривая 3 на рис. 5 показывает зависимость Q от Р. Количество расплава Q гол, выходящего через головку, можно представить следующим соотношением:
Qгол=К DP/h, (4)
где DP = P – Р выx. – перепад давления в головке (здесь P-давление на входе в головку – конец зоны III, Р выx. – давление на выходе из головки);h – вязкость расплава в головке; К- постоянная, характеризующая сопротивление течению расплава в каналах и формующей части головки.
Если в головке имеется только один цилиндрический канал, например для изготовления прутка, то <b> К = pRн4/(8lф),<b> а уравнение (4) преобразуется в известное уравнение Пуазейля. Для головки с плоской формующей щелью
К= wdщ/(12lф), (4.1)
с кольцевой
К = p(Rн + Rв)(Rн – Rв)3/(12lф), (4.2)
где Rн – наружный радиус щели; Rв – внутренний радиус щели; w – ширина щели; dщ – толщина щели; lф – длина плоской формующей части щели.
Таким образом, из трех основных форм сечений головок можно рассчитать К головки, состоящей из их сочетаний.
Для получения качественных изделий необходимо, чтобы заключительный отрезок пути расплав перемещался некоторое время при постоянной длине lф и толщине dщ калибруемой формующей части (рис. 6). В этом случае происходит наиболее полное выравнивание скоростей движения расплава, проходят релаксационные процессы, ликвидируется пульсация и т. д. Чем длиннее lф (больше lф/dщ), тем меньше пульсация расплава. В зависимости от типа выпускаемого изделия и требований к точности его размеров значения lф/dщ, находятся в пределах 20-60.
