21 Основні параметри процесу екструзії

Экструзионное формование, являющееся наиболее важным промышленным методом, включает в себя все возможные способы формования, которые сводятся к продавливанию расплава через фильеру. К этой группе относится формование волокна из расплава, экструзия пленок и листов, труб, шлангов и профилей, нанесение изоляции на провода и кабели. Все методы формования, входящие в эту группу, также являются непрерывными процессами.

Основные параметры процесса подготовки расплава, которые нас интересуют: профиль крутящего момента и его суммарное значение; потребляемой мощности; профиль бокового давления, его максимум и значение на входе в головку; осевое давление (усилие) червяка; температура расплава; производительность экструдера.

При определении функциональных зон подготовки расплава и решении их математических моделей достаточно эффективным является использование метода ступенчатой аппроксимации. Сущность метода заключается в том, что процесс экструзии рассматривается как сумма последовательно расположенных достаточно малых элементов объема (участков), в границах которых ряд параметров принимается постоянными, а их изменение происходит скачками на границах раздела этих элементов, другими словами, непрерывная смена функции заменяется отрезками прямых.

Под понятием участка в дальнейшем будем подразумевать достаточно малый объем, выделенный в определенной функциональной зоне, в котором проходят процессы, описываемые системой уравнений, соответствующей этой зоне. Значения входных параметров участка приравниваются выходным параметрам предыдущего участка. Метод ступенчатой аппроксимации дает возможность применить для инженерных расчетов достаточно простые математические описания отдельных участков, в которых учтены только те факторы, которые наиболее существенно влияют на процесс.

Расчеты параметров экструзии по своему характеру делятся на проектные и поверочные. Задачей проектного расчета является выбор основных параметров оборудования, а также внешних факторов режима экструзии в зависимости от перерабатываемого материала и вида изделия в соответствии с производительностью процесса.

При поверочном расчете оборудования исследуются технические его возможности и направления вероятной доработки предложенной конструкции, технологии. Элементом такого расчета является построение внешних характеристик червяка, представляющих собою взаимосвязь давления в расплаве перед головкой с объемной производительностью при разной частоте вращения червяка, с учетом теплового режима переработки.

Для первого приближения проектного расчета в качестве исходной базы используются известные конструктивные и технологические рекомендации, накопленный практический опыт, методы моделирования. Так, например, к внешним факторам относятся тепловые режимы (нагрев – охлаждение) по зонам экструдера и головки, частота вращения червяка n. Температурный режим нагрева определяется по термомеханическим кривым полимера, а каждый из полимеров имеет оптимальный диапазон градиента скорости сдвига в канале червяка дозировочной зоны, что позволяет по рекомендованному определить n

,

где D – диаметр червяка, мм; h – глубина канала червяка, мм.

По результатам первого приближения выполняется поверочный расчет с определением производительности и других технологических характеристик процесса, производится их сравнение с заданными. При необходимости расчетный цикл повторяется (второе приближение, вторая поверка).