Для нанесения покрытий применяются, главным образом, угловые головки с боковой подачей расплава па дорн и с распределительными коллекторами в форме кардиоиды, рыбьего хвоста или вешалки. Для таких головок большое значение имеет не только равномерное распределение расплава на выходе, но и правильная конфигу­рация отверстия головки, особенно в случае с нанесением покрытий под давлением, размеры которого должны соответствовать требуемой толщине покрытия и скорости протяжки проводника или трубы, на которые наносится покрытие.

При изучении параметров течения и температурных условий в головках для на­несения покрытий под давлением предполагается, что течение осуществляется в ка­нале кольцеобразного сечения. В зоне, где расплав соприкасается с проводником, и до выхода из головки, граничные условия на внутреннем диаметре покрытия должны быть изменены. При хорошей адгезии расплава к проводнику главный поток фор­мируется за счет движения проводника и определяется вязкостью расплава. На рис. 5.64 показан продольный разрез головки для высокоскоростного нанесения покрытия под давлением. При разработке конструкции головки проводили численное моделирова­ние нолей скоростей течения и температур на основе метода конечных элементов [138]. Расчетные профили скоростей и температур в различных точках экструзион­ной головки при переработке ПЭНП приведены на рис. 5.65.

головки для нанесе­ния покрытий под давлением [138]

Сильное влияние главного потока особенно заметно в зоне, где расплав контакти­рует с проводником (z = 0). По мерс приближения к выходу из головки его влияние ослабевает по сравнению с противотоком (ограничение главного потока за счет дав­ления), который возрастает по мере уменьшения поперечного сечения канала. На вы­ходе из канала (г[19] = 1) скорость течения достигает максимального значения для за­данных условий течения.

Сильное повышение температуры у стенок головки вызвано высоким значением скорости сдвига на стенке.

Моделирование условий течения при очень высоких скоростях протяжки про­водника с помощью метода конечных разностей показывает, что поток уноса, вызыва­емый проводником, может оказывать влияние на профили скорости вблизи места соприкосновения расплава с проводником [140]. Геометрия рассматриваемой экстру­зионной головки показана на рис. 5.66.

Изучение проводилось на примере расплава постоянной вязкости. Предполага­лось, что скорость движения проводника в 15 раз выше средней скорости течения расплава на входе в головку v?.

На рис. 5.67 показаны расчетные профили распределения скоростей для различ­ных поперечных сечений по длине экструзионной головки для нанесения покрытий.

Проводник

Рис. 5.67а. Профили распределе­ния скоростей в различ­ных сечениях по длине экструзионной головки для нанесения покры­тий (положения точек 1—5, для которых пост­роены профили, см. на рис. 5.66)

Рис. 5.676. Профили распределе­ния скоростей в различ­ных сечениях по длине экструзионной головки для нанесения покры­тий (положения точек 6-9, для которых пост­роены профили, см. на рис. 5.66)

Видно, что уже в зоне дорна (z /R < -0,55) проявляется влияние потока уноса проводником. Сильное влияние этого потока приводит к возникновению отрица­тельных компонентов скорости во внешней зоне кольцевой щели.

В результате такого влияния линии тока принимают форму, показанную на рис. 5.68. Наличие обратного потока приводит к возникновению циркуляционного течения

в канале. Еще одна характеристика этого влияния — безразмерный профиль давления

v

^ wire

в канале экструзионной головки в зависимости от коэффициента уноса Ь = - — по-

г

казана на рис. 5.69.

Коэффициент уноса представляет собой отношение скорости отвода проводника к средней скорости течения расплава на входе в экструзионную головку.

^wire

v - средняя скорость течения расплава на входе в головку

Рис. 5.69. Безразмерный профиль давле­ния в экструзионной головке для нанесения покрытий в за­висимости от коэффициента z / R уноса

При высоких значениях коэффициента 5в зоне соприкосновения расплава с провод­ником могут наблюдаться отрицательные градиенты давления в направлении течения. Численное моделирование течения позволяет получить важную информацию, такую как распределение температур, общую нагрузку на расплав, перепад давления в головке, составляющую тягового усилия проводника, вызываемого силами вязкого трения.