Экструзия

06.06.2015

Экструзия является важным процессом производства листов, труб и стержней. Для их изготовления выпускаются специальные марки УПС и АБС-пластика. Поскольку при экструзии скорость истечения относительно низка, соответствующие марки материалов могут иметь более высокую вязкость, чем используемые для литья под давлением. В результате повышения молекулярной массы или содержания каучука, или же обоих параметров можно достичь более высоких значений ударной, вязкости материала.
У получаемых экструзией изделий степень ориентации материала относительно низка, хотя расплав подвергается воздействию сдвигового и продольного силовых полей в зоне формующего зазора головки экструдера. Причиной этого является относительно высокая температура расплава (приблизительно на 300 °C выше Tс), низкая скорость сдвига и сравнительно низкая скорость охлаждения при выходе из формующего зазора в воздушную зону. Если у экструдированных изделий, особенно листов, все же наблюдается ориентация материала, то это происходит обычно вследствие напряжений, возникающих на стадии приема расплава из формующего зазора. На этой стадии температура листа снижается, так что наложенная деформация приводит с большой вероятностью к возникновению остаточных деформаций. Горячая вытяжка листов является одним из методов компенсации разбухания экструдата и может быть также использована для получения листов нестандартной толщины вне связи с параметрами формующего зазора. Жюффриа продемонстрировал эффекты ориентации в листах УПС в зависимости от скорости приема материала. Значение остаточной деформации, оцененное по форме частиц каучука и по усадке при дополнительном прогреве изделия, составляло 43 %.
Вытяжка при приеме экструдированного листа соответствует условиям плоской деформации, поскольку горячая полоса листа на выходе из формующего зазора ограничена и как бы зажата между головкой, с одной стороны, и уже остывшей жесткой частью листа, с другой. Деформация носит каучукоподобный характер, и объем материала остается постоянным, так что:
Экструзия

При плоской деформации это выражение преобразуется в форму:
Экструзия

В отсутствие релаксационных процессов отношение а/b наибольших и наименьших размеров эллипсоидальных частиц выражается как:
Экструзия

В дополнение к этой плоской деформации на выходе из экструдера у полимера возникает фильерное разбухание, которое также оказывает влияние на форму частиц каучука.
He вся ориентация экструдируемого листа связана с горячей вытяжкой после выхода из головки. Блюменталь с соавторами экструдировали листы УПС без приложения растягивающих усилий на стадии приема и обнаружили методом тепловой усадки наличие остаточных деформаций. При нагреве до 150 °C в течение 30 мин наблюдалась 8 %-ная усадка. Количественно этот опыт мало что дает, поскольку ориентация не носит однородного характера и связана в основном с поверхностными слоями листа. Более информативной является оценка усадки у микротомированных проб, срезанных из различных слоев листа в направлении, параллельном плоскости листа, а не оценка усадки образца в целом. Тем не менее, оценка общей усадки является полезным качественным тестом на наличие остаточных деформаций.
Внешний вид экструдируемой поверхности является важным во многих случаях применения упрочненных каучуком полимеров. Обычно предпочтительна глянцевая поверхность изделия, но присутствие частиц каучука придает поверхности матовую текстуру, особенно в случае УПС, у которых частицы каучука имеют довольно большие размеры. При выходе из экструдера деформированные частицы каучука в поверхностном слое листового материала способны претерпевать релаксацию, обусловливая тем самым возникновение волнистости поверхности, соизмеримой с длиной волны света (рис. 11.11). Этот эффект усугубляется во время повторного нагрева листов, когда появляется возможность к дальнейшему протеканию релаксационных процессов.
Экструзия

Существует несколько методов улучшения поверхностного блеска, простейший — это ламинирование тонкой полистироль-ной фольгой листа УПС при выходе из экструдера. Недостатком этого метода является одновременное придание листам хрупкости, как это было указано ранее. Пожалуй, наиболее интересным способом является экструдирование УПС с высокими скоростями сдвига. В этих условиях частицы мигрируют от поверхности, создавая сильно обедненный каучуком слой толщиной вплоть до 10 мкм. Тенденция к миграции наиболее выражена у частиц больших размеров. Подобно ламинированию фольгой, экструзия при высоких скоростях повышает общую хрупкость листа за счет наличия хрупкого слоя на его поверхности. В этом слое могут зарождаться трещины.