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加工设备

薄膜吹塑设备核心部件—模头

模头,又称为“机头”,在薄膜吹塑中,模头是整个吹膜成型过程中最核心的部件之一,根据不同公司和吹塑薄膜的需要,模头有多种不同的设计,一般分为如下几种类型。


 

1. 平面叠加

这种模头一般采用侧进料, 熔体以中心轴线对称,在每层的叠加面流动,而不是传统的筒状流动。它的优点是机头层数可以任意组合, 结构简单, 且每层的温度可以单独控制,这样可以根据不同的物料的需要单独控制每层的温度,也有效的防止物料的分解。叠加型模头一层层的叠加,熔体在每层流道中流动,层数的变化不会影响机头内外径的大小。笔者认为这种模头由于流道在平面或斜面上,熔体的压力无法平衡调,使得熔体的密封困难,需要许多螺钉密封。

 

2. 锥形叠加

锥形叠加共挤机头的设计思路与平面叠加机头一样,只不过采用了锥形模块单元化结构,每个单元都由一对短锥形模块组成,流道在锥形圆柱面上,其本体强度高于平面叠加机头, 承受的熔体的压力更高, 密封性更好。锥形叠加共挤机头分为两种, 即上斜叠加型和下斜叠加型。

  • 上斜锥形叠加

这种模头是每层由下到上斜面叠加, 每层之间相互吻合, 从而不易溢料,主要用于直径10mm~50mm 的模头。熔体从每层机头进料, 一次分流。这种设计一般适用于较小尺寸的共挤机头。 

  • 下斜锥形叠加

这种模头的设计特点是每层机头由上到下斜面叠加, 每层机头之间相互吻合, 从而不易溢料。熔体从机头底部同一平面侧进料并流到相应的机头层进行一次分流, 减少熔体的停滞, 机头易于清洗。并得到好的厚度分布。另外, 同其它机头相比, 每层的熔体流道数量不受限制, 视直径不同, 每层可以设计为16 条及以上数量螺旋流道。

 

3. 径向方向叠加式

这种模头的流道是螺旋芯棒式,这种模头的特点是低中心, 模头的高度不会随着层数的增加而增大。由于熔体的压力是在流道圆周方向平衡掉,所以密封比叠加型好。缺点是熔体的温度不能单独控制, 特别是中间层的温度。

无论是叠加型还是螺旋芯棒式的, 它的工作原理都是: 熔融物料从一个中心进料孔进入后首先被分成八股(或十六股) 料流, 然后物料到达八头(或十六头) 螺纹中各螺槽的起点处, 每一股熔融流束q1 又被分成两股料流;在H2所形成的环形间隙上的轴向料流q2, 和在螺旋槽中向前流动的螺旋料流,在挤出方向上,q3 越来越少,相反,q2 侧越来越多。因此,在螺旋流道的起点和终点之间存在着一个由纯粹的螺旋流动连续地过渡到纯粹地轴向流动的过程。结果,使熔流得到进一步充分有效的混合,使熔料在口模圆周方向上的压力、温度和速度分布基本达到均匀一致的目的, 于是也就保证了熔体薄膜的均匀厚度。

模头设计的好坏主要取决于流道参数:螺旋角Φ,锲角β,螺旋消退角ψ,初始面积A。流道设计的理想状态是螺旋流q3慢慢转化成轴向料流q2, 刚好在流道结束的时候全部转换完毕。两种情况的流道都不是很好: 一种情况是螺旋流过早的结束,即q3 在螺旋流道结束前就没有了; 另一种情况是q3 在螺旋流道的末端还没有完全转换成轴向料流q2, 螺旋流道末端还有螺旋流。这两种情况都会使口模处熔体的速度不均匀, 从而影响薄膜的厚薄均匀性。

国外公司对于螺旋流道的设计, 是经验加上理论计算分析, 所以他们的模头设计很好。把物料的参数和产量作为初始条件, 算出熔体在模头内的压力分布,停留时间,剪切速率,以及最重要的螺旋流道结束处的速度分布。根据计算的数据分析流道参数的合理性,根据经验,修改参数,代入理论计算,以得到最好的分析结果。多层模头来说,每层流道参数根据那层的材料参数,产量来计算。在多层熔体汇合熔接处,还要算出各层的厚度分布。多层共挤吹塑模头的设计比较复杂,国外公司都有他们自己的理论计算方法。

 

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