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在所有的這些種類當中，塑料的成形發(fā)生于它處于熔融態(tài)之時。從流體動力學的角度出發(fā)，這種熔融條件是由大量流變現(xiàn)象所決定的。很多這些現(xiàn)象尚未被完全了解，只有幾種特色被表現(xiàn)得還算令人滿意。業(yè)內(nèi)表現(xiàn)流動特性所應用的技術從單一測量，例如MFI值，到確定粘性與彈性之間的關系，再到利用超聲波的在線測量技術。近年的理論與實際研究以描述擠出模頭流動性能為目標，借助了材料數(shù)據(jù)和流動模式，已經(jīng)增進了對擠出模頭中所發(fā)生過程的了解。
基本上，擠出模頭被用于由擠出機提供的常見圓形熔體流來形成所需的產(chǎn)品剖面。所以當塑料處于熔融態(tài)時，半成品的基本形狀已由模頭決定了。工藝步驟與壓力下降有關，所以擠出模頭也影響著擠出機壓力和產(chǎn)量的關系。兩個部分應當盡可能緊密地相互配合，因為除了擠出料的質(zhì)量以外，整個擠出生產(chǎn)線的經(jīng)濟性也與這種互依關系有關。
同樣，有必要使模頭配合下游設備，因為通過校正，必須糾正和補償熔體的膨脹或溫度差別，以穩(wěn)定產(chǎn)品的尺寸。
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| 圖1：左為帶有經(jīng)典幾何參數(shù)的簡易型抽絲模頭 的分段表示；中間顯示的是流速: 右為熔體從 噴絲注嘴頭中引出。 |
圓形剖面模頭
帶圓形剖面的模頭被用于生產(chǎn)纖維、膠粒、細絲、實心棒等。所謂噴絲頭中有最小直徑0.05mm，偏差為±1μm的出口剖面。在這個區(qū)域，具有幾千個孔、用于非織造的單獨模頭和噴絲頭找到了用場。每個噴絲細管之前有帶入角的過渡區(qū)，而入口區(qū)也有倒角，如圖1所示。入角α和β經(jīng)常成喇叭狀或杯狀，為的是使帶給熔體的變形盡可能的小。通過L/D比率和入角的特別變化，可以完成材料與產(chǎn)品的匹配。
在造粒模頭中，各個出口剖面或開口被排列成直線型或圓形。這些開口（直徑常為2.4-3.5mm）的排列與是熱造粒還是冷造粒以及熔體供應方式有關系。除了加寬的機械阻抗以外，向所有開口均勻地供應熔體對于這類的模頭的作業(yè)是決定性的。在放料出口區(qū)域，模板承受著來自切刀和流體變化的極度磨損。通過利用特殊設計的模具，甚至更為有效的是通過使用3-5mm厚的陶瓷或硬質(zhì)金屬模板作為“護甲”，可以對付這種磨損。
而且，這些陶瓷/硬質(zhì)金屬模板的相對不良導熱性提供了良好的隔熱性，防止熔體在從模頭出來之前過早地“冷卻”。因為有時PP材料的吞吐量很高，達到了25kg/h，每個開口必須適應，所以除了剪切變形以外，必須特別考慮因延伸/拉長所引起的熔體變形。一方面，為了把熔體因分散所受載荷保持在特定材料可承受的限度之內(nèi)；另外一方面控制由此產(chǎn)生的模頭壓力，入口角通常小于30度，L/D比率在4.5-7.5之間。
近年來，工業(yè)和研究機構(gòu)已經(jīng)加強了對毛細管內(nèi)流動現(xiàn)象的研究，目的是提高現(xiàn)有的數(shù)學模式、從流體動力學來優(yōu)化入口和出口區(qū)和促進形成新的表面涂層。
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| 圖2：上為帶衣架式 分配器的片材模頭剖 面圖；下為T型分配 式模頭 |
切口形剖面模頭
帶縫口或切口的擠出模頭被用于生產(chǎn)片材、膜材，以及用于涂覆平卷材。這種所謂片材模頭的功能是把熔體流從圓形剖面轉(zhuǎn)變到狹窄的矩形截面，從而熔體在出口寬度上有著最為均一的粘度分布。為了沿整個模頭寬度獲得對稱的熔體分布，流變優(yōu)化的流道被利用，根據(jù)用途不同能形成各種形狀。最常碰到的分布形狀是衣架式模頭，其分布流道截面是遞減的（圖2）。
魚尾狀分布也是很常見的，它對于極寬的模頭是首選的。在今天95%的應用當中，模頭表面鍍有硬質(zhì)鉻，或被拋光，只有極少數(shù)的進行專門的表面涂裝。片材模頭中分配道的式樣通常是針對狹窄操作窗口的，跟材料和工藝參數(shù)有關。出現(xiàn)偏離操作點的情況時，導致厚度變化的不統(tǒng)一流動速度轉(zhuǎn)到牽引方向。為了清除這樣的厚度差異，在片材模頭中應用了限位桿和活動模唇。為此目的，可調(diào)節(jié)?？p的調(diào)節(jié)螺絲被放置得沿模頭寬度都有均一的空隙。流道高度的這種變化影響著局部的流動速度。許多高度自動化的膜材和包裝物生產(chǎn)線現(xiàn)在利用了自動化模頭。在這些模頭中，模唇的調(diào)節(jié)自動發(fā)生，從而模縫和產(chǎn)品厚度分布被聯(lián)系在一起了。熱膨脹銷、轉(zhuǎn)化器或帶電機的制動器可以當作制動部件。
?？p寬度及模頭寬度和后續(xù)設備和產(chǎn)品有關?，F(xiàn)在的模頭寬度范圍從100-8000mm，?？p為0.5-70mm。為了使產(chǎn)品寬度的變化在一定范圍之內(nèi)，定邊桿被從側(cè)邊引入到流道中，或者調(diào)邊帶被安裝在出孔的前面，能使模頭的工作寬度降低。這些定邊系統(tǒng)被成功應用于單層和多層產(chǎn)品的擠出中，且首先用于涂裝中。通常，電氣加熱腔和加熱板被用于加熱模體。外表面的隔離和模頭的整體封裝正作為減少熱損失的手段而變得越來越普通。
環(huán)形剖面模頭
帶環(huán)形剖面的模頭被用于擠出管道、管材、吹塑膜、吹塑料泡和線纜的被覆。帶無縫環(huán)形剖面的半成品生產(chǎn)主要用的是四種擠出模頭類型，這些一般有為了熔體分配而采取的方法。這是通過針對類型而特制的流道結(jié)構(gòu)而靜態(tài)完成的，也就是說熔體被強制通過預分配器，然后被一個或更多的分配系統(tǒng)所展開。與這種靜態(tài)熔體分配的經(jīng)典方法相反，Paderborn大學正在測試和精制一種用于薄膜和管材的新型動態(tài)模頭。
在圖3用圖表描述的模頭類型中，借助旋轉(zhuǎn)的分配器形狀（代表著這種動態(tài)熔體分配器系統(tǒng)的核心），產(chǎn)生了熔體的分配，這是由進入的熔體所單獨推動的。
對于管材擠出來說，中央加入的模頭被用于多數(shù)塑件。對于吹膜、增強管、吹塑料泡和線纜的被覆來說，模頭通常由側(cè)邊以90度的角來被加料。當設計共擠出模頭時，經(jīng)常要用到不同模頭類型和加料方向的組合。
不管式樣，注嘴把它重組起來的熱流道裝配在一起，模頭出口必須與?；窘Y(jié)合，要么直接要么通過可更換的適配器。這些流道區(qū)域的設計與產(chǎn)品和材料有著關聯(lián)，表現(xiàn)出較少的標準化程度。例如，當通過蜘蛛狀模頭生產(chǎn)PVC管時，向較小出口截面的壓縮對于保證產(chǎn)品質(zhì)量是重要的。在多數(shù)情況下，管材擠出和吹塑料泡的生產(chǎn)涉及到直徑的縮小。這里一般的縮小系數(shù)從2：1到6.5：1。與之相反，吹膜模頭和大口徑管材用的模頭要會涉及到模頭出口的增加。擴大的截面積可以多達1：2.5。在任何情況下，持續(xù)加速的流道應當總是在注嘴區(qū)域里。
很多情況中的平行區(qū)可以在注嘴區(qū)末端根據(jù)縫寬進行調(diào)節(jié)。所謂的曲環(huán)技術可以對模頭縫隙乃至厚度偏差進行更準確的調(diào)整，只是近年來在管材和吹膜領域得到了認可。這種技術要在靠近放料口處在外部模環(huán)中更換一個彈性套管。均勻沿圓周放置的調(diào)節(jié)螺絲被放到外部模環(huán)中，目的是進行調(diào)節(jié)。這些螺絲可以使彈性套管進行可逆轉(zhuǎn)的變形，從而可以對流經(jīng)環(huán)形?？p的流體的局部抵抗進行非常精確的調(diào)節(jié)。
模頭長度與?？p之比與被加工材料有關，管材模頭是2：1到30：1。
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| 圖3：帶旋轉(zhuǎn)分配器的模頭， 顯示出分配器的流動 |
異型剖面模頭
通過擠出方式做出的塑料異型材可以被粗略分為實心桿狀型材、敞開型材和空心型材。按照所加工的數(shù)量，型材生產(chǎn)最重要的樹脂仍然為PVC。PVC型材被用于制造門窗框架、百葉窗、電纜槽和其它建筑業(yè)用到的半成品。其它材料，如ABS、PS、PP、PE和PMMA，在家具、汽車和電器電子行業(yè)派上了用場。
熔體開始時是在輪廓區(qū)里成形，而最終模樣是在后面的校正區(qū)通過同步冷卻來形成的。模頭出口與校正段的配合比前面所討論的用于穩(wěn)定熔體成形過程的模頭更為重要，也比型材的尺寸準確度和穩(wěn)定性更重要。
最簡單類型的型材模頭由單獨的流道所組成，其末端放有一個具有理想型材形狀的孔。這種設計常被用于橡膠型材生產(chǎn)所用到的丁字模頭中。
從流體動力學的觀點出發(fā)，更為理想的是多級型材模頭由幾個依次排列的模板所組成。從加料端來看，每個模板保持一種形狀，越來越近地組裝型材的最終形狀。模板間的轉(zhuǎn)變逐漸減小，從而不會有死區(qū)產(chǎn)生。多級構(gòu)造大大地避免了不必要的死區(qū)，但會使成本比有成型孔的簡單模頭要高出很多。多級模頭不會結(jié)合魚雷式模頭。
空心型材用模頭總是帶有魚雷式模頭。這種型材模頭由幾個模板組成，其開口描述出擠出物的外部形狀。內(nèi)部裝有魚雷式模頭，把進來的熔體展開，并形成空心樣子。這些模板形成了模頭的各個功能區(qū)，分為進料區(qū)、分布區(qū)、壓縮區(qū)和平行區(qū)（圖4）。
碟包型材模頭代表著空心型材生產(chǎn)的另一種概念。分段結(jié)構(gòu)和流道設計與前面所述模頭的是接近的。區(qū)別在于魚雷式模頭的設計，它也被分成幾個段，每個段由腿支撐著。
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| 圖4：門窗框型材用空腔模頭 |
因為有這樣的流道結(jié)構(gòu)，這種模頭類別極為復雜，只能借助CFD程序從流體動力學的角度來進行描述。然而，模擬程度所提供的設計可能性因為從流變學上難于描述材料的特征而受到限制，例如PVC和橡膠系統(tǒng)。
總結(jié)：節(jié)省原材料的經(jīng)濟需求在一些場合正引發(fā)較高級別材料的使用或者增強型混合料的使用，目的是確保材料用量減少的情況下機械性能相同。另一種滿足這種需求的方法是通過使用較為便宜的材料，例如回收或填充礦物的材料。物理與機械特性，以及和生產(chǎn)有關的需求和生產(chǎn)技巧正對模頭概念產(chǎn)生著深遠的影響。
如開始時所介紹的，擠出模頭是擠出生產(chǎn)線概念中的一個組成，也必須滿足和“操控”有關的要求。通過結(jié)合模頭注嘴的快換機制、為快速材料更換提供專門裝置、考慮和環(huán)境的可能相互作用、甚至規(guī)劃快速模頭更換，如此的設計和工藝技術可以應對這樣的要求。
The extrusion die must satisfy requirements regarding "handling" Designs and process technology can address these by integrating quick-change mechanisms for die nozzles, providing special devices for rapid material changes, considering possible interactions with the surroundings and even planning for quick die changes.
（轉(zhuǎn)載）
