3 Усадка при шприцевании

Шприцеванием, или экструзией, называется процесс продавливания предварительно разогретой резиновой смеси через отверстия определенной формы с целью получения полуфабрикатов заданного сечения. Для экструзии применяют плунжерные машины – в этом случае заготовки имеют ограниченную длину, и червяч­ные прессы, которые позволяют получить профилированные изделия любой длины. Плунжерные устройства имеют ограниченное применение, поэтому под шприцеванием обычно понимают процесс, осуществляемый на червячных прессах (шприц-машинах) с одним или двумя червяками (шнеками).

При анализе теории переработки эластомеров в червячных машинах принято использовать термин «экструзия». Для описания технологических операций применяют термин «шприцевание». Термин «профилирование» имеет более широкий смысл, так как охватывает шприцевание и дальнейшие, заключительные операции: усадку, охлаждение, обработку поверхности, резку заготовки по длине и другие операции, оказывающие влияние на окончательные размеры шприцованных полуфабрикатов.

Схема одночервячного пресса приведена на рисунке 3.1

1 – головка; 2 – червяк; 3 – корпус; 4 –рубашка для циркуляции теплоносителя; 5 – загрузочная воронка; 6 – формообразующая деталь; I – зона загрузки; II – зона разогрева и пластикации; III –зона нагнетания.

Рисунок 3.1­ – Схема одночервячной шприц-машины

Резиновая смесь поступает в воронку 5 в виде ленты с катушки или в виде гранул, крошки. Вращающийся червяк 2 увлекает нарезкой смесь вдоль корпуса

3,уплотняя и деформируя ее. Головка 1 и формообразующая деталь 6 оказывают значительное сопротивление движению материала и создают формующее дав­ление. Нарезка червяка обеспечи­вает деформирование и непрерывное переме­щение смеси вдоль цилиндра. Процессы обработки материала осуществляются в зоне пластикации. Смесь вовлекается в сложное движение за счет сцепления с рабочими поверхностями, формируя поток материала со свойствами аномально-вязкой жидкости, и доводится до оптимальной температуры, что в последующем облегчает процесс формования заготовки. Перечисленные рабочие зоны не имеют четких границ. Положение этих границ зависит от состояния загружаемого материала.

Независимо от типа червячных прессов после выхода из профилирующего канала происходит усадка резиновой смеси, которая приводит к искажению формы профиля заготовки по сравнению с сечением профилирующего отверстия.

Это явление называется усадкой шприцованных полуфабрикатов и связано с различиями в скоростях движения в разных точках сечения потока резиновой смеси в головке шприц-машины и профилирующей детали: в центре потока скорость выше, чем у стенок или в углах детали, где течение замедляется трением смечи о неподвижные поверхности. Создается разность скоростей движения соседних слоев, которая по законам реологии приводит к их взаимному скольжению. Интенсивность скольжения определяется градиентом скорости. Эпюра скоростей (рисунок3.2) для двух типов сечений показывает, что между соседними слоями смеси при шприцевании возникает внутренне трение. Градиент скорости и внутреннее трение ориентируют макромолекулы в тем большей степени, чем выше скорость и, соответственно, ее градиент между слоями.

эпюры (а) заготовок и (б) скоростей(1-3) при шприцевании

Рисунок 3.2 – Сечения профилирующих отверстий

Для круглого сечения в любом направлении по радиусу градиент скорости меняется плавно от стенки до центра круга, в связи с чем степень ориентации макромолекул от центра до стенок меняется монотонно, а поэтому степень усадки, «разбухания» круглой заготовки во всех направлениях одинакова и заготовка не меняет своей формы, увеличиваясь по диаметру. У профилирующего отверстия прямоугольной формы степень ориентации макромолекул неодинакова по сечению: максимальна ближе к центру, меньше у плоских стенок и минимальна в углах отверстия. Следует также учитывать в этом случае и чисто объемные факторы шприцевания – в точках с меньшей скоростью движения потока выдавливается меньшее количество смеси. Оба фактора обусловливают большее разбухание профиля в зонах с большей скорости и ее градиента, и, как следствие, изменяются размеры, заготовка имеет не квадратное сечение, а сечение с выпуклыми сторонами с одновременным ростом его общей площади. Для получения заготовки прямоугольной формы необходимо уменьшить объемную скорость выдавливания резиновой смеси в зонах высоких скоростей и их градиентов, например, сделать вогнутые боковые отверстия.

На практике осуществляют подбор сечения отверстия формообразующей детали. Уменьшить усадку можно: ведением процесса при повышенных температурах и пониженных скоростях. Усадка снижается и стабилизируется при использовании частично структурированных каучуков, введением модификаторов, применением удлиненных головок и формообразующих деталей. Для снижения усадки и повышения производительности при шприцевании воздействуют на формообразующую деталь инфразвуковой или ультразвуковой частотой.[1,с.701]