величиной коэфф. трения.

При интенсивном тепловыделении, слишком высокой темп-ре стенки корпуса и недостаточном тепло-отводе начинается преждевременное плавление соприкасающегося с этой стенкой слоя материала. В результате сила трения снижается, материал начинает проскальзывать по стенкам корпуса и его движение в канале червяка прекращается. При поддержании оптимального температурного режима Э. материал уплотняется, образуя твердую «пробку». Двигаясь по каналу червяка, «пробка» продолжает уплотняться и на ее поверхности, соприкасающейся со стенкой корпуса, образуется слой расплава, толщина к-рого постепенно увеличивается. Сечение червяка, в к-ром толщина этого слоя становится равной зазору между стенкой корпуса и гребнем червяка (рис. 2), является границей между зонами питания и пластикации (следует отметить, что границы зон, 1Х, 12, 1з, на к-рые делят червяк в зависимости от состояния материала в его канале, как правило, не совпадают с границами имеющих соответственно те же названия геометрич. зон I, II, III, различающихся глубиной канала; см. рис. 1). См. также Экструдеры.

В пределах зоны пластикации «пробка» плавится под действием тепла, к-рое выделяется вследствие вязкого (внутреннего) трения в материале и подводится от нагревателей корпуса. В тонком слое рас I— — е—II—_- -— HI

?г 1 -т

* 4J

4 ^

Длина червяка

Рис. 1. Зоны червяка ©дночервячного экструдера и ехема распределения давлений Р и темп-р Т: Z,(I) — зона питания, 1,(11) — зона пластикации, 1,(1X1) — зона дозирования; 1,3 — распределение давления и темп-ры при отрицательном перепаде давления в зоне дозирования; 2,4 — то же при положительном перепаде давления в этой зоне.

плава (см. рис. 2) возникает течение, направленное к толкающей стенке 2 канала червяка. Поток расплава натыкается на эту стенку, поворачивается и движется вдоль нее, оттесняя «пробку» к передней стенке 6. При этом высота «пробки» остается в пределах зоны пластикации примерно постоянной, а ее «текущая» ширина X постепенно уменьшается. Такой процесс

12 3 4 5 6

X?W

Рис. 2. Схема плавления твердой «пробки» материала в зоне пластикации (показано сечение червяка в пределах одного шага плоскостью, нормальной к оси винтового канала): 1— зазор между гребнем червяка и стенкой корпуса экструдера; 2 — толкающая стенка канала червяка; з — расплав; 4 — корпус экструдера; 5 — «пробка»; в — передняя стенка канала червяка; 6 — толщина слоя расплава; h — глубина винтового канала червяка; X—«текущая» ширина «пробки»; W — нормальная ширина винтового канала.

плавления продолжается до тех пор, пока «пробка» сохраняет достаточную прочность. Обычно это происходит, пока X превышает (0,1—0,2) И7, где W—нормальная ширина канала червяка; при меньших значениях X «пробка» дробится. Сечение червяка, в к-ром начинается дробление, является границей между зонами пластикации и дозирования.

Продвигаясь по зоне дозирования, материал продолжает разогреваться под действием тепла, к-рое выделяется в результате интенсивных деформаций сдвига и подводится от нагревателей корпуса. При этом расплав гомогенизируется: плавятся остатки

«пробки» и устанавливается необходимая для формования экструдата темп-ра. Течение расплава в этой зоне, имеющее винтовую траекторию, представляют обычно как сумму двух независимых течений — поступательного вдоль оси винтового канала и циркуляционного (кругового) в плоскости, нормальной к этой оси. Объемный расход материала в осевом направлении определяет производительность экструдера. Циркуляционное течение обеспечивает гомогенизацию расплава; благодаря существованию этого течения экструдеры м. б. использованы для смешения.

В тех случаях, когда тепла, к-рое выделяется в материале, достаточно для его разогрева до темп-ры Э., внешние источники тепла отключают. Такой режим Э. наз. адиабатическим, или автотермическим. На практике от нагревателей корпуса подводят 10—20% необходимого тепла. При этом удается управлять темп-рой расплава, регулируя периодичность и продолжительность включения нагревателей соответствующих зон экструдера.

Развивающееся при Э. гидростатич. давление наиболее интенсивно растет в пределах зоны питания (см, рис. 1), т. к. для проталкивания «пробки» нужны довольно большие продольные усилия, сжимающие ее в осевом направлении. Естественно, что при этом «пробка» расширяется в поперечнике, прижимаясь к стенкам канала червяка с усилием, величина к-рого определяется поперечной деформацией материала (если его коэфф. Пуассона близок к 0,5, то радиальное давление равно продольному; при меньших значениях этого коэффициента, напр. в случае Э. рыхлого гранулята, радиальное давление оказывается ниже, чем продольное).

Распределение давления в зонах пластикации и дозирования зависит от геометрич. характеристик канала червяка. Если глубина канала в зоне пластикации меньше, чем в зоне питания, то давление в конце зоны дозирования м. б. выше или ниже, чем в ее начале (возникает соответственно положительный или отрицательный перепад давления). С увеличением положительного перепада (противодавления) производительность экструдера уменьшается, но усиливается разогрев материала и повышается степень его гомогенизации. При нек-ром предельном значении противодавления поступательное движение расплава вообще прекращается. С ростом отрицательного перепада давления производительность экструдера увеличивается, а разогрев материала и степень его гомогенизации уменьшаются. При неизменных шаге и глубине винтового канала червяка общая объемная производительность экструдера определяется производительностью зон питания и пластикации, поскольку расход материала (по массе) в любом сечении червяка одинаков. В этом случае противодавление повышают, устанавливая на выходе материала из канала червяка дополнительное сопротивление, напр. решетку с пакетом мелких сеток.

Давление в профилирующем инструменте (канале экструзионной головки) определяется объемной производительностью экструдера и вязкостью расплава. Для установления режима Э. рассчитывают след. зависимости: 1) объемной производительности Q экструдера от давления Р на выходе материала из канала червяка (при фиксированных частотах его вращения) и 2) объемного расхода Ог материала через головку от давления при разных темп-рах расплава. Точки пере^-сечения кривых, иллюстрирующих полученные характеристики червяка и головки (рис. 3), в к-рых значения темп-ры расплава совпадают, и являются «рабочими точками» данного режима Э. Пользуясь этими точками, подбирают геометрич. параметры червяка и параметры технологич. процесса.

Все рассмотренное выше относилось гл. обр. к Э. термопластов. Для Э. резиновых смесей (в резиновой пром-сти этот процесс часто наз. шприцеванием)

характерны нек-рые особенности, связанные с их существенно большей, чем у расплавов термопластов, вязкостью. При переработке резиновых смесей возможно «горячее» или «холодное» питание экструдера. В первом случае в его бункер поступает материал в виде ленты, предварительно нагретой на вальцах до 60—80°С; во втором — непластицированная смесь, напр. в виде гранул.

Движение нагретой резиновой смеси в канале червяка, где она дополнительно прогревается еще на

20—30°С вследствие деформации сдвига, в принципе идентично движению расплава термопласта в зоне дозирования. Поскольку поперечное сечение ленты, поступающей в зону питания, значительно меньше, чем сечение винтового канала червяка (в противном случае он не захватывает материал),

тельность экструдера;

Рис. 3. «Рабочие точки» для различных режимов экструзии полиэтилена низкой плотности (диаметр червяка 90 мм): 1—4 — характеристики червяка (1 — частота вращения 60 об/мин, 2 — 45 об/мин, 3 — 32 об/мин, 4 — 22 об/мин); 5—характеристика головки; пунктирные линии — изотермы, характеризующие темп-ру расплава; Q — объемная производиобъемный расход расплава

Расплав, к-рый находится в боковых зазорах, подвергается интенсивной деформации сдвига. При одинаковом направлении вращения сопряженных червяков материал движется по винтовым траекториям и, таким образом, часть материала, к-рая соприкасается с внешней стенкой нарезки одного червяка, увлекается им в свой винтовой канал, а другая его часть, соприкасающаяся со стенкой канала другого червяка, остается в этом канале. Если червяки вращаются в разных направлениях, то в эллипсовидной зоне пересечения их нарезок возникает циркуляционное течение, способствующее перетеканию материала из одного межвитксчерез головку; Р — давление (1 пге/смг=0,\ Мн/м1).

для уплотнения смеси и формования струи экструда-та применяют червяки с переменным шагом или с конич. сердечником. Во избежание сильного перегрева смеси в ходе Э. (следствием этого м. б. подвул-каниаация) применяют червяки, длина к-рых не превышает, как правило, 5 его диаметров.

Резиновая смесь, поступающая в Зкструдер при холодном питании, движется в начале процесса подобно «пробке» термопласта. В результате деформации сдвига и разогрева вязкость смеси постепенно снижается. При вязкости ~10* н-сек/м2 (~105 пз) смесь занимает все поперечное сечение канала червяка и движется по винтовой траектории, подобной траектории движения расплава термопласта.

Экструзия в двухчервячной машине. В винтовых каналах незацепляющихся червяков материал в принципе движется так же, как в одночервячной машине. Специфика Э. в машинах с зацепляющимися червяками (рис. 4) заключается в том, что порция материала, к-рая попадает в винтовой канал, оказывается замкнутой с обеих сторон стенками канала одного червяка и выступами нарезки другого. Стенки канала, ограничивающие порцию материала, к-рый имеет форму неполного витка спирали (серповидный элемент), перемещаются при вращении червяков вдоль оси корпуса экструдера, проталкивая вперед находящийся в замкнутом объеме материал.

Профиль винтовых каналов червяков выполняют с таким расчетом, чтобы объем заключенного в них материала по мере его продвижения к головке непрерывно уменьшался. Благодаря этому материал уплотняется и одновременно