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聚乙烯管材擠出模頭的一般知識(shí)

在目前的管材市場(chǎng)上,PE管材以較高的速度正在趕上和超過(guò)PVC管材的用量。在我公司PE管材也正在成為主導(dǎo)產(chǎn)品。在生產(chǎn)中和現(xiàn)在或?qū)?lái)的項(xiàng)目中很有必要了解生產(chǎn)PE管材的重要部件—擠出模頭?,F(xiàn)在常用的兩種擠出模頭為螺旋芯棒式模頭和篩籃式模頭?,F(xiàn)就這兩種模頭分別作以論述,供大家參考。
  在管材擠出線(xiàn)中,無(wú)論P(yáng)VC管材還是PE管材,模頭對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量都起著非常關(guān)鍵的作用,其作用是使擠出機(jī)擠出來(lái)的熔融物均勻地通過(guò)整個(gè)模頭斷面。管材模頭與擠出產(chǎn)品的要求相適應(yīng),對(duì)于整條生產(chǎn)線(xiàn)的工作效率與經(jīng)濟(jì)性,具有決定性的作用。對(duì)模頭的兩點(diǎn)基本要求是:
 1、 模頭必須適應(yīng)所加工的材料;
 2、 模頭必須嚴(yán)格按照擠出量和管材的斷面尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。
一、聚烯烴模頭的發(fā)展過(guò)程
  對(duì)聚烯烴的擠出,從支架式模頭發(fā)展到后來(lái)常用的螺旋式模頭和篩籃式模頭。其目的都是盡可能消除由模頭支架所引起的合模線(xiàn),使進(jìn)入模頭的物料很好的混合,熔體更加均化。
 1、支架式模頭
  模頭的分流體部分為支架式,生產(chǎn)小口徑管材的模頭為十字支架式,生產(chǎn)大口徑管材的模頭多為六條筋或八條筋。這種模頭的缺點(diǎn)就是如果前邊的壓縮段的壓力太小的話(huà),合流線(xiàn)有時(shí)消除的就不太好。從而必須有足夠高的壓力使這些分離的料流再融合。這要求具有相對(duì)高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu),因此模頭的整體重量很高。這種模頭一般多用于PVC管材的擠出。
 2、帶破料板的支架式模頭
  簡(jiǎn)單的方法是將一破料板放在支架之后,由支架所引起的幾道料流被分成眾多更小的料流。因此,機(jī)械應(yīng)力從支架部分向前推移,而合模線(xiàn)大體上被大量小的料流消除。這種PE模頭多用于低密度聚乙烯、小口徑管材生產(chǎn)中。以前我公司在西廠(chǎng)生產(chǎn)的低密度PE排水灌溉用管材所用模頭就為此種模頭?,F(xiàn)在這類(lèi)模頭已經(jīng)趨于淘汰,在一些私營(yíng)小廠(chǎng)還在用。
 3、螺旋芯棒式模頭和篩籃式模頭
  帶破料板的支架式模頭在現(xiàn)有的中高密度聚乙烯管材生產(chǎn)中已很少使用。而多用螺旋芯棒式模頭和篩籃式模頭。這兩種機(jī)頭已較好地解決了消除合模線(xiàn)的問(wèn)題。螺旋芯棒式模頭的核心是螺旋芯棒,篩籃式模頭模頭的核心部分是帶有大量孔眼的管狀體,即網(wǎng)疊?,F(xiàn)把這兩種常用模頭的結(jié)構(gòu)及工作原理分別說(shuō)明。
二、螺旋芯棒式模頭的結(jié)構(gòu)及工作原理

螺旋芯棒式模頭又叫螺旋分流體模頭。對(duì)于螺旋分流體模頭,進(jìn)入模頭的熔體料流,首先通過(guò)分流體系--有的是若干星型孔或其他分流系統(tǒng),分流到機(jī)頭四周。然后熔體進(jìn)入螺旋狀環(huán)繞在芯模外面的流道。螺旋流道的深度隨著靠近模頭流出端而逐漸減小。同時(shí),芯模與模頭體型腔之間的間隙則逐漸增大。在這一區(qū)段,料流內(nèi)部出現(xiàn)軸向與徑向流動(dòng)的重疊。沿著模頭流出方向,徑向流動(dòng)的比例降低,而軸向流動(dòng)的比例,則持續(xù)提高,最終全部的熔體沿軸向流動(dòng)。采用這種方式,分流體流道的流動(dòng)印記沿管材斷面四周均勻分布,這就意味著不會(huì)出現(xiàn)局部的強(qiáng)度損失。

沿管材斷面四周熔體分流的質(zhì)量受多種因素的影響。這些因素包括機(jī)頭的幾何尺寸,如流道的數(shù)量、流道纏繞扭曲角度、螺旋的螺距、螺槽深度與寬度、間隙寬度、所加工的原料,特別是其粘度,以及擠出量和物料溫度。借助于計(jì)算機(jī)程序和操作者的經(jīng)驗(yàn),可以對(duì)螺旋分流體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以適應(yīng)特定的應(yīng)用范圍。在這種情況下,壁厚分布非常均勻。這種模頭除了很好地消除合料線(xiàn)外,還在以下幾方面有優(yōu)勢(shì):
  1、機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力較低,制品有良好地機(jī)械強(qiáng)度。
  2、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,故適合高粘度材料的擠出,同時(shí)模頭的裝拆和操作簡(jiǎn)便。
  3、芯棒上易鉆孔,故易采用內(nèi)冷系統(tǒng)。
  以上的這些優(yōu)點(diǎn)使螺旋芯棒式模頭得到越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。
  這種模頭的缺點(diǎn)是:由于其相對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu),這種類(lèi)型模頭對(duì)原料的改變較敏感。即使是粘度和流變特性的細(xì)小變化都會(huì)引起螺旋體中流動(dòng)情況的改變,管徑的變化也有相似的影響。因此,要設(shè)計(jì)好螺旋的幾何形狀,使模頭具有盡可能寬的加工范圍,以適應(yīng)不同的材料和擠出量。
三、篩籃式模頭的結(jié)構(gòu)及工作原理。

在篩籃式模頭上,料流首先通過(guò)支架或帶有多星孔的料流分流體系。緊接著熔體流過(guò)多孔區(qū)段。這個(gè)元件,即篩籃,在這里料流不是沿軸向流過(guò),而是沿徑向從里向外流過(guò)。由于篩籃具有一定的長(zhǎng)度,在機(jī)頭直徑較小的情況下,提供了很大的過(guò)流面積。因此,在相對(duì)較小的機(jī)頭尺寸下,多孔區(qū)段的壓力降低了。在篩籃區(qū)段內(nèi),熔體料流兩次改變流向,然后變成軸向。單股料流之間能良好的混合,熔體更加均化。

借助于一個(gè)阻滯元件以及相鄰的松弛緩沖區(qū),實(shí)現(xiàn)料流之間的融合。由于篩籃的斷面面積比較大,篩籃式機(jī)頭的機(jī)頭壓力要明顯低于其他的結(jié)構(gòu)形式。物料受到的負(fù)荷比較小,物料溫度也比較低,可以較容易地提高擠出量。這種機(jī)頭的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性比較好即使在很高的擠出量時(shí),也能實(shí)現(xiàn)良好的均化;管材管徑及壁厚的變化,PE原料的型號(hào)、物料粘度、背壓的變化下,都能生產(chǎn)出高質(zhì)量的管材。這種模頭的缺點(diǎn)是模頭內(nèi)所有物料的融合、生產(chǎn)中清理、拆裝模頭不如螺旋芯棒式機(jī)頭好和方便。我公司現(xiàn)用的PE管生產(chǎn)線(xiàn)是巴登震雄生產(chǎn)的,所用機(jī)頭為篩籃式機(jī)頭。生產(chǎn)實(shí)踐中可以明顯的看出這種機(jī)頭的適應(yīng)性較強(qiáng),無(wú)論P(yáng)E80、PE100還是PE63。

總之,這兩種模頭各有利弊,建議在選購(gòu)PE管材模頭時(shí),取長(zhǎng)補(bǔ)短,根據(jù)自己的生產(chǎn)情況選用。生產(chǎn)原料的牌號(hào)不固定,生產(chǎn)量較大,不經(jīng)常更換管材顏色而清理拆裝模頭時(shí),選用篩籃式模頭。要求管材壁厚較均勻、生產(chǎn)原料的牌號(hào)較固定,常更換管材顏色而清理拆裝模頭時(shí),選用螺旋芯棒式模頭。

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