Краткие теоретические сведения. При экструзии полимерных материалов одним из наиболее важных узлов

При экструзии полимерных материалов одним из наиболее важных узлов, отвечающих за качество готового изделия, с точки зрения обеспечения его геометрических размеров является кабельная головка.

Кабельные головки подразделяются на: трубные и напорные. Трубные кабельные головки отличаются от напорных тем, что в самой головке движущаяся заготовка не контактирует с расплавом полимера. В напорных же головках на достаточно большой длине такой контакт присутствует. С помощью трубных головок полимер экструдируется в виде тонкостенной трубы и примыкает к проводу за счет наличия разряжения на выходе. Трубные головки используются для изолирования тонких проводов или в случае очень вязкого расплава полимера. Схема напорной головки приведена на рис.1

Рис. 1. Схема угловой напорной кабельной головки: 1 – корпус головки; 2 – дорн; 3 – наконечник дорна; 4 – матрица; 5 – кольцо крепления матрицы; 6 – болт крепления матрицы; 7 – изолируемый провод; 8 – изолированный провод.

Рассмотрим модель Мак-Кельви течения расплава полимера в кабельной головке. Сделаем следующие допущения:

– среда ньютоновская;

– процесс стационарный;

– процесс изотермический;

– канал развёрнут на плоскость (две бесконечные параллельные пластины расположенные на расстоянии H);

Общий расход материала Q=Q_p+Q_d, где Q_p – расход материала, реализуемый за счет действиея перепада давления; Q_d – расход материала, реализуемый за счет движения пластины. Общий расход изоляционного материала на выходе из кабельной головки определяется как:

(1)

Моделирование и анализ течения полимера в кабельной головке позволяет определить взаимосвязь между толщиной изоляции и комплексом параметров: геометрических (высота канала, диаметр провода), технологических (DP, V₀, Q), физических (m).

Геометрическая интерпретация модели Мак-Келви представлена на рис.2

Рис.2. Кабельная головка по Мак-Келви.

Рассмотрим течение расплава полимера под действием движущейся пластины:

(2)

Рассмотрим течение расплава полимера под действием перепада давления:

Проинтегрировав выражение (*) с учётом граничных условий получим:

(3)

где – ширина канала, которая находится из следующего равенства:

Следовательно:

Подставив выражения (1), (2) и (3) в выражения для полного расхода, заменив dp/dz на DP/L и выразив h, получим:

(4)

где H –высота канала; V₀ – линейная скорость изолирования провода; m – вязкость расплава полимера.

Выражение (4) называется уравнением Мак-Кельви, оно выведено для отрицательного градиента давления (-dp/dz).

Рассмотрим модель течения в цилиндрическом зазоре кабельной головки. В отличие от модели Мак-Келви, в рассматриваемой модели опускается допущение о том, что канал плоский, т.е. учитывается кривизна канала. Геометрия канала представлена на рис.2.

Рис. 2. Геометрия кабельной головки.

Уравнение движения в цилиндрической системе координат с допущениями аналогичными допущениям модели Мак-Келви имеет вид:

(5)

Где

Граничные условия:

Расход материала:

(6)

Проинтегрировав выражение (5) с учётом граничных условий, получим:

(7)

Толщина изоляции определяется по формуле:

(8)

Задание

В соответствии со своим вариантом задания выполнить следующие расчеты.

1) Для заданного номинального технологического режима:

– разработать алгоритм и расчетную программу.

– определить толщину изоляции для модели Мак-Келви,

- для цилиндрической модели, где расход определяется из выражения (6) с использованием численного метода интегрирования, а скорость V_z из выражения (7).

2) Исследовать влияние на толщину изоляции следующих факторов:

– вязкости материала;

– градиента давления;

– начальной скорости;

– высоты канала;

3) Провести анализ полученных закономерностей.

4) Построить графики полученных зависимостей.

5) Оформить отчет.

Варианты заданий

Технологические, геометрические и реологические характеристики

5.4 Контрольные вопросы

Какие виды кабельных головок вы знаете?

Какие головки используют при наложении изоляции на тонкие провода?

В чем состоит отличие модели Мак-Келви от цилиндрической модели?

Какие допущения принимаются в цилиндрической модели?

Объясните распределение скоростей в канале кабельной головки при отрицательном градиенте давления.

Какая жидкость называется ньютоновской?

Поиск по сайту: