Зона плавления.

Как видно из названия, основной процесс, происходящий в этой зоне экструдера–плавление полимерной пробки, осуществляющееся за счет тепла, выделяемого при трении полимера и подводимого снаружи от обогревателей цилиндра. Схема плавления полимера, приведена на рисунке 1.2

Между стенкой корпуса (1) и пробкой (4) существует движение материала, направленное в сторону толкающей стенки. Под действием этого движения, в тонком слое расплава (3) на поверхности пробки, возникает течение, направленное в сторону толкающей стенки (2). Движущийся расплав натыкается на толкающую стенку, поворачивает вдоль нее и собирается в поток (3), оттесняющий материал пробки к передней стенке. При этом высота пробки остается практически неизменной, а её ширина по мере продвижения по червяку постепенно уменьшается.

За счет интенсивных сдвиговых деформаций, возникающих в слое расплава в зоне плавления, наблюдается выраженные смесительный эффект и выраженная гомогенизация полимера.

Длина зоны плавления зависит от диапазона температур плавления полимера, и тем больше, чем больше интервал между температурой начала плавления и температурой завершения плавления; экструдеры для переработки кристаллических полимеров имеют меньшую длину зоны плавления, чем экструдеры, в которых перерабатываются аморфные полимеры.

Плавление пробки продолжается до тех пор, пока ее ширина достаточна, для обеспечения ей необходимой прочности. Как только ширина пробки достигает примерно 1/10 ширины межвиткового пространства, циркуляционное течение расплава разрушает остатки пробки, дробя её на мелкие куски. Сечение, в котором начинается дробление пробки, считается концом зоны плавления и началом зоны дозирования.

Зона дозирования

В зоне дозирование течение полимера подобно течению жидкости в винтовом насосе и обуславливается силами вязкого трения, развивающихся вследствие движения червяка относительно стенок цилиндра. Обычно его рассматривают как сумму поступательного движения расплава вдоль оси червяка, которое обеспечивает производительность экструдера и циркуляционного течения в плоскости, нормальной к оси винтового канала, благодаря которому продолжается гомогенизация расплава полимера. В начале зоны дозирования температура расплава равна верхней температуре из интервала температур плавления, но по мере движения полимера в зоне дозирования продолжается его разогрев за счет подвода тепла от нагревателей и выделяющейся в результате интенсивной деформации сдвига. Длина зоны дозирования должна обеспечивать время нахождения в ней расплава, достаточное для его прогрева и гомогенизации, так как при нарушении этого условия расплав, поступающий к головке, будет иметь непостоянную по сечению температуру, что недопустимо для нормальной работы экструдера.

Течение расплава через формующую оснастку

Расплав вращающимся шнеком продавливается через решетку, к которой прижаты металлические сетки. Сетки фильтруют, гомогенизируют и создают сопротивление расплава, на них теряется часть давления. На сетках задерживаются порции полимерного расплава, имеющие большую вязкость, и достигают необходимой температуры; сетками задерживаются сверхвысокомолекулярные фракции полимера.

После прохождения сеток гомогенизированный расплав под остаточным давлением продавливается в формующую оснастку, и, приобретая определенный профиль, выходит из фильерной части головки. Фильера придает расплаву полимера необходимую форму. При прохождении расплавом формующей оснастки наблюдается эффект разбухания: как правило, поперечное сечение экструдата несколько больше поперечного сечения фильеры, что объясняется изменением распределения скоростей материала по поперечному потоку. Скорости у стенок фильеры меньше, чем скорость в центре из-за наличия пристенного трения, создающего напряжение между соседними слоями. После выхода материала из фильеры трение на его боковой поверхности отсутствует, скорости выравниваются под действием ранее возникших напряжений в материале. Выравнивание скоростей сопровождается перемешиванием слоев полимера вследствие восстановления высокоэластичных деформаций, из-за чего происходит расширение поперечного сечения.