模内多层共挤模头设计原理

精诚时代集团——林辉

随着塑料制品应用领域的不断扩增，人们对产品要求也在不断提升，比如让制品由多种不同特性的原料构成，使它兼有几种不同原料的优良特性，实现不同的功能；或是由不同颜色的同种原料构成，从而得到特殊的外观，此时单层的模头已经无法满足需求，这就需要多层共挤模头来实现，特别是电子产品上的PC-PMMA、TPU鞋材、TPE-TPO包装膜、CPP光学膜等，这些具有综合性能的多层复合材料在许多领域中都有着极其广泛的应用价值。

多层共挤有两种形式，一种是分配器共挤，另一种是模内共挤。对于几种粘度和工艺温度差别较大的原料，模内共挤的优势就会体现出来。例如右图剪切速率和剪切粘度的关系曲线中的两种原料PC和PMMA，粘度差别很大，温差也达到50℃，所以采用模内共挤结构，上下层为PMMA，中间层为PC，各层流道都有独立的温度控制，相邻两层原料工艺温度相差30℃以上，层之间增加隔温结构，防止窜温影响，并增加油路起到恒温的作用。从图中看出，三个料进入流道后互不干涉，直到距离模唇口一小段位置开始复合，缩短了复合停留时间，把层与层之间的影响降到最小，使产品的物理性能达到最佳状态。

由于熔体粘度和压力不同及流速的差异，各层物料在口模中汇合时，易产生不稳定层流，造成复合界面不规则、厚薄比例不均匀，出模后各层容易分离等问题，使得工艺过程较为复杂和难以控制。尤其是生产光学产品时对复合的均匀性要求更高，因此，对于此类模具设计的要求也会更高。结合毛细管流变仪和的流道模拟软件，每一层流道我们都会根据各自物料的特性、产量、工艺温度进行分析计算，对比各层压力是否接近并在合理范围，控制各层想要的厚度以及速度，确保复合前各层分配的均匀性以及出料曲线的基本一致，这样才能维持复合后各层的稳定性，有效提高各个层面的薄厚精度。因此，比起分配器共挤，模内共挤能更好的控制各层的复合比例，一般分配器表层复合比例都不低于10%，而模内共挤最薄可达到5%。

这样一个结构复杂的模头自然在设计生产中存在很多难点，对加工精度的要求也会更加苛刻，投资成本高，制造周期也相对较长。除此之外对于客户在使用时的要求也会更高，每台挤出机的产量、温度必须控制在合理范围，保证进入模头时压力的稳定性，才能更好地发挥模头应有的性能。