Технология производства профильных изделий. Непрерывное формование из расплава

 В. П. Володин

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА  

ПРОФИЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ. 

НЕПРЕРЫВНОЕ ФОРМОВАНИЕ  

ИЗ РАСПЛАВА

Санкт-Петербург

2019

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

УДК  678.027.3
ББК 35.712
       В68

 
Володин В. П.

В68 
Технология производства профильных изделий. Непрерывное формование из расплава / 
В. П. Володин. — СПб. : ЦОП «Профессия», 2019. — 272 с., ил.

ISBN 978-5-91884-110-5

Рассмотрены основные явления формования из расплава, включая высокоэластичную 

деформацию в головке; релаксацию остаточной обратимой деформации на выходе из нее и разбухание 
экструдата; деформирование расплава под влиянием внешних сил, формы и размеров. 
Особое внимание уделено  расчетам коэффициента разбухания по площади поперечного сечения 
для более точного расчета размеров экструдата при свободной и принудительной вытяжке 
в процессе калибрования. Сопоставлены результаты практического применения авторской методики 
расчетов с более сложными, включая компьютерное моделирование. В отдельных разделах 
рассмотрена трехмерная деформация расплава при истинной вытяжке (с учетом разбухания) 
и проблемы при соэкструзии.

Книга адресована специалистам по экструзии профильных изделий, экструзионной оснастке, 
технологам, инженерам, исследователям, всесторонне изучающим влияние параметров 
формования на качество готовых изделий.

УДК 678.027.3

                                                                                                                                                                                    ББК 35.712

Все права защищены. Никакая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме 

без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством 

как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство 
не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности 

за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

                                                                                         © В. П. Володин, 2019

ISBN 978-5-91884-110-5 
 
 
 
   © ЦОП «Профессия», 2019

 
 
 
 
 
                              © Оформление: ЦОП «Профессия», 2019

 

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Предисловие  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

1.1.  Основные положения практической реологии.  

Характеристики течения и деформирования вязкоупругих жидкостей. 
Реологические свойства материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

1.2. 
 Течение расплава в экструзионной головке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

1.2.1. Подача расплава под давлением в экструзионную головку . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
1.2.2. Трехмерное течение расплава в головке и формирование «заготовки» . . . . . . .19
1.2.3.  Падение давления в экструзионной головке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
1.2.4.  Деформация расплава и ее влияние на процесс экструзии. . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

1.3.  Деформирование экструдата на выходе из экструзионной головки . . . . .66

1.3.1.  Высокоэластическая деформация и разбухание экструдата . . . . . . . . . . . . . . . . .66

1.3.1.1.  Реологические модели для количественного предсказания  

разбухания вязкоупругих жидкостей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

1.3.2.  Методы измерения разбухания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99

1.3.2.1.  Уточнение понятия «разбухание» для непрерывного процесса  

экструзии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99

1.3.2.2.  Измерение экструдата цилиндрической формы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
1.3.2.3.  Измерение экструдата прямоугольного сечения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
1.3.2.4.  Разбухание экструдата на выходе из кольцевых каналов . . . . . . . . . . 111
1.3.2.5.  Количественное определение коэффициента разбухания  

экструдата сложного поперечного сечения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

1.3.3.  Влияние реологических свойств материала и параметров течения  

на разбухание расплава . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
1.3.3.1.  Влияние формы и размеров канала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
1.3.3.2. Прямоугольные каналы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
1.3.3.3.  Каналы кольцевой формы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
1.3.3.4.  Каналы произвольного сечения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
1.3.3.5. Разбухание на выходе из каналов переменного сечения . . . . . . . . . . . 170
1.3.3.6 Влияние геометрии входа в формующий канал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
1.3.3.7.  Влияние температуры на разбухание  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
1.3.3.8.  Влияние молекулярных характеристик материала. . . . . . . . . . . . . . . . 187
1.3.3.9.  Разбухание наполненных полимеров, смесей и сплавов . . . . . . . . . . . 188

1.3.4. Компьютерное моделирование процессов разбухания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

1.3.4.1. Проверка теорий разбухания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
1.3.4.2. Численное моделирование разбухания для каналов разной  

формы и размеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

1.3.5.  Методы расчета коэффициента разбухания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

1.3.5.1.  Принципы расчета коэффициента разбухания для каналов 

разной формы  и размеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

1.3.5.2.  Приведение данных по разбуханию к инвариантному виду . . . . . . . 205

1.4.  Трехмерная деформация расплава при свободной неизотермической 

вытяжке экструдата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221

Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
1.4.1.  «Истинная» степень вытяжки расплава . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
1.4.2.  Взаимосвязь главных деформаций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
1.4.3.  Текущие размеры экструдата при разбухании без вытяжки  

и при свободной неизотермической вытяжке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
1.4.3.1. Каналы круглого поперечного сечения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
1.4.3.2. Каналы прямоугольного сечения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
1.4.3.3.  Кольцевые каналы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
1.4.3.4. Каналы произвольного сечения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

1.4.4.  Влияние режима охлаждения на длину зоны формования и текущие  

размеры экструдата  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

1.5. 
Соэкструзия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .245

Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
1.5.1.  Требования к полимерным материалам, применяемым для соэкструзии . . . 246
1.5.2.  Проблемы совместного течения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .257

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Современная промышленность переработки пластмасс развивается быстрыми темпа-
ми. Изменяются свойства промышленных марок полимеров за счет введения в них 
различных добавок, наполнения базовых полимеров минеральными и органически-
ми наполнителями, совмещения полимеров с образованием смесей и сплавов. Совер-
шенствуются основное и комплектующее оборудование экструзионных технологи-
ческих линий, технологическая оснастка для эффективного производства различных 
погонажных  изделий.

Растут скорости экструзионных процессов, сокращается ручной труд при произ-

водстве, все чаще используются автоматизированные системы управления процес-
сами, в которых человеческий труд применяется только на стадии наладки процесса 
или его сбоев. В настоящее время уже сложно работать так, как еще 20–30 лет назад. 
Поэтому для работы на современном уровне требуются широкие знания материалов, 
оборудования, технологических приемов производства, оценка качества изготавлива-
емых изделий и условия их эксплуатации. В значительной мере эти требования от-
носятся и к производству профильных изделий вследствие многообразия их типов и 
конструкций, выбора материалов для изготовления продукции сложной геометрии, 
разнообразия технологий для получения конкретных изделий, предназначенных для 
эксплуатации в самых сложных условиях.

В экструзии отдельных видов продукции, как и в других областях переработки 

пластмасс, имеются специфические проблемы производства, которые связаны с ха-
рактеристиками используемых материалов, технологического оборудования, режи-
мами формования изделий, оценкой качества продукции, предназначенной для кон-
кретной области применения. Отдельные проблемы производственного процесса при 
разработке новых изделий сложной геометрии широко освещаются в периодической 
литературе. Однако литературы,  в которой освещается комплексный подход к созда-
нию новых изделий не так уж много. Во многом это связано со временем подготовки 
подобных изданий и большого объема информации, содержащихся в них. 

Несмотря на обилие литературы по отдельным проблемам производства  изделий 

или их моделей, количество публикаций, относящихся к производству профильных 
изделий, особенно с точки зрения технологии, сравнительно немного. Из зарубежных 
изданий можно отметить книги Алана Гриффа (1965 г.), немецких авторов Hensen F., 
Knappe W., Potente H. (1986 г). со сравнительно небольшим  разделом по оборудова-
нию для производства профильных изделий (книга переведена на английский язык 
и издана в США в 1997 г.); американского инженера Даниэля Циканы (D. Cykana, 
2012 г.), книгу Вальтера Микаэли «Экструзионные головки для пластмасс и резины» 
(третье издание книги переведено на русский язык и опубликовано в 2007 г. в изда-
тельстве «Профессия») и некоторые другие. В книге В. Микаэли  экструзия профилей 
рассматривается главным образом в связи с конструкцией технологической оснастки 
и больше касается исследователей и конструкторов.  Чаще информация по экструзии 

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

профилей освещается в отдельных разделах книг по переработке пластмасс экструзией 
(труб, листов, пленки и пр.). Тем не менее, за рубежом (в Германии, США, Италии, 
Франции, Турции, Китае и др.) этому направлению производства пластмассовых из-
делий уделяли и уделяют больше внимания, чем в России, и, главное, на более вы-
соком уровне, в частности, благодаря широкому применению специализированного 
программного обеспечения для разработки технологической оснастки и автоматизи-
рованному контролю за выпускаемой продукцией. 

Среди отечественных книг по экструзии пластмассовых профилей, опубликован-

ных за последние 30-40 лет, пожалуй, можно назвать лишь небольшую книгу Любар-
товича С.А. по изготовлению резиновых профилей (1987 г.) и две книги В. П. Володина 
(2005 и 2010 гг.). 

В развитие содержания двух последних книг автором была подготовлена новая 

книга, в которой обобщался опыт производства профильных изделий за более чем 
40-летний период работы в этой области. По содержанию и объему в первоначальном 
варианте книга состояла из 8 глав и Приложений с общим объемом около 1500 с. 

Из-за большого объема книгу пришлось разделить на три части, которые были 

оформлены как самостоятельные разделы (книги), содержание которых в значитель-
ной мере отражает современное состояние оборудования, технологической оснастки, 
свойства полимерных материалов для изготовления профильных изделий, а также на-
учные подходы к непрерывному формованию изделий из расплава. 

Несмотря на огромное  количество публикаций по экструзии пластмасс и прак-

тические достижения в производстве, некоторые вопросы технологии проработаны  
еще недостаточно или не совсем правильно отражены в технической литературе. Ав-
тор по роду деятельности является технологом по производству погонажных изделий 
экструзией (в разное время трубы, листы, и последние 40 лет — профили), техноло-
гия производства которых включает весь перечень вопросов, перечисленных выше. 
От технолога на производстве зависит качество и объемы выпускаемой продукции, со-
стояние производственного процесса. А чтобы уметь применять свои знания на прак-
тике, нужно учиться самому, набираться опыта и обучать производственный персонал, 
включенный в технологический процесс.

Предлагаемые читателю книги автора по технологии экструзии профильных изде-

лий являются не только продуктом опыта технолога (работа в НИИ на имеющемся 
оборудовании), но и обобщением полученных из технической литературы знаний, 
собственных исследований в ряде вопросов, которые мало или не совсем правильно 
освещаются в научной литературе.

В январе 2019 г. в издательстве «Профессия» опубликована первая книга автора под 

названием  «Экструзии профильных изделий» с подзаголовком «Материалы, оборудование, 
особенности технологий» общим объемом 812 стр. В ней отражены некоторые 
последние достижения в экструзионном оборудовании, оснастке и исправлены допущенные 
ошибки пробного тиража 2018 г.

В 2019 г. готовится публикация второй книги с названием «Технология экструзии 

профильных изделий. Непрерывное формование из расплава», состоящей из пяти основных 
разделов с приблизительным объемом 270 с. В ней приводятся некоторые необходимые 
для описания положения практической реологии, положенной в основу 
теории шнековой экструзии, а также рассмотрены меры деформаций экструдата при 

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

различных схемах внешнего силового воздействия на него. Рассмотрены основные 
явления  формования из расплава, определяющие стадии изготовления изделий различной 
формы и размеров: подготовка гомогенного расплава в шнеках экструдера и 
подача его под давлением в экструзионную головку; течение и развитие высокоэла-
стической деформации в головке; релаксация остаточной обратимой деформации на 
выходе из головки и разбухание экструдата;  последующая неизотермическая вытяж-
ка и деформирование расплава при различных режимах воздействия внешних сил на 
его форму и размеры. Приводится описание изменения текущих размеров экструдата 
круглого, прямоугольного и кольцевого сечений при разбухании в отсутствие вытяж-
ки и при различных степенях вытяжки. Проведенные автором исследования в этом 
направлении, начиная с 1965 г., положены в основу диссертационной работы 1975 г. и 
последующих публикаций. Исследования в этой области продолжались до 2012 г., по 
результатам которых был опубликован ряд статей в научных журналах. Значительная 
часть полученных результатов представлена в серии статей в журналах и отражается в 
публикуемых книгах.

Особенностью предлагаемого описания является представление расплава как вяз-

коупругой жидкости, которую можно рассматривать как с позиций течения, так и 
деформирования, при котором большие деформации могут быть сравнительно легко 
измерены. Это стало возможным при производстве труб и профилей, для изготовле-
ния которых применяются высоковязкие марки термопластов. Этот подход отличает-
ся от традиционного описания поведения вязкоупругой жидкости через компоненты 
скоростей деформации и напряжений при трехмерном течении, которые могут быть 
определены только расчетом. 

В данном описании  рассматриваются также источники погрешностей измере-

ний, связанные с особенностями течения и деформирования вязкоупругих жидкостей 
(«бочкообразность» экструдата, невозможность точного бесконтактного определения 
размеров прямоугольной полосы, имеющей бочкообразную форму, погрешности, свя-
занные  со сложностью быстрой «заморозки» экструдата, особенно при повышенных 
степенях вытяжки, и пр.). В книге пристальное внимание уделяется способам расчета 
коэффициента разбухания по площади поперечного сечения, являющегося главным 
показателем высокоэластической деформации, возникающей при экструзии без вы-
тяжки расплава за пределами экструзионной головки, инвариантным относительно 
геометрии формующих каналов головки. Помимо собственных  измерений разбуха-
ния расплавов традиционных материалов, используемых для производства профиль-
ных изделий, автором проводился анализ технической литературы, в которой рассма-
триваются вопросы разбухания расплавов полимеров из промышленных термопла-
стов. Используя методику обработки литературных данных, показана возможность 
получения характеристик упругих свойств исследованных материалов в обобщенном 
виде, т.е. инвариантных относительно формы и размеров формующих каналов экстру-
зионных головок. Полученные данные можно использовать для более точного расчета 
их размеров, а также рассчитывать текущие размеры экструдата при свободной и при-
нудительной вытяжке в процессе  калибрования. С позиций традиционного подхода 
текущие размеры экструдата либо представляют сложными формулами с большим ко-
личеством эмпирических коэффициентов, либо приводят для самых простейших гео-
метрических форм, например, для круглых синтетических волокон.

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Предложенная методика основана на измерении текущих размеров «заморожен-

ных» экструдатов, полученных при различных степенях вытяжки, и расчете на их ос-
нове главных деформаций, сумма которых при постоянном объеме равна нулю. Это 
позволяет третью главную деформацию определять по двум независимым (ширине 
и толщине или по диаметру и толщине стенки соответственно для прямоугольных и 
кольцевых участков профильных изделий). В работе приведены примеры обработки 
по предлагаемой методике результатов своих  и опубликованных в литературе резуль-
татов. Показано вполне приемлемое для практики отклонение от полученных в рабо-
тах результатов. 

Подобный подход существенно отличается от подхода, принятого в практической 

реологии, который в большинстве случаев оперирует характеристиками течения рас-
плава полимера до его затвердевания. Впервые некоторые его положения были опу-
бликованы в некоторых статьях и в книге автора 2005 г. Последующие публикации 
показали справедливость предлагаемой методики, хотя с точки зрения точности по-
лучаемых данных могут возникать вопросы. Тем не менее, обработка литературных 
данных, полученных в более подходящих условиях измерений, по методике автора 
показывает, что она позволяет получать результаты, которые не удается получить по 
сложным научным математическим моделям.

Конечно, не все проблемы решены. И самая существенная из них — это равно-

мерный выход расплава по ширине формующей щели и определение протяженности  
участков разбухания и неизотермической вытяжки экструдата. Здесь автором предло-
жено несколько упрощенных подходов, которые по результатам расчета внешних раз-
меров экструдата близки к сеточным методам с использованием известных численных 
методов расчета по математическим моделям. Однако их практическое использование 
сдерживается как в силу дороговизны прикладных программ, так и необходимостью 
подготовки кадров, владеющих численными методами расчета для их применения. 
Некоторые упрощенные методы расчета уже опубликованы в технических журналах и 
предполагается отразить в третьей книге автора «Экструзионная оснастка».

 

Валентин Петрович Володин, канд. техн. наук

Вопросы, замечания и предложения автор предлагает 

направлять по электронному адресу 

vovapet@starlink.ru. 

с предварительным уведомлением автора 
по мобильному телефону +7 916 643 48 08.

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Шнековая экструзия представляет собой непрерывный процесс формования изделий 
из расплава. Прообразом шнековой экструзии были винтовые насосы, известные еще 
в древнем Риме. История развития шнековой экструзии описывается во многих литературных 
источниках, например в [1, 2].

Экструзия (выдавливание) используется в многочисленных областях техники: 

прессовании металлов и различных пластических сред (керамики, пищевых продуктов 
и пр.), суспензий с малым и высоким содержанием твердых частиц, взрывчатых составов 
и т. д. В зависимости от свойств перерабатываемого материала и его агрегатного 
состояния применяется периодическое или непрерывное выдавливание через профилирующее 
отверстие червячного (или плунжерного) пресса (или экструдера). Термины 
«пресс, червячный пресс, экструдер, шприц-пресс, шнек-пресс» идентичны и применялись 
и применяются в разных странах в зависимости от традиций, технической по-
литики и отношения к мировой тенденции в терминологии. В России длительное вре-
мя официально использовался термин «червячный пресс» для шнековых экструдеров, 
но постепенно термин «экструдер» и понятие «шнековая экструзия» для непрерывных 
процессов выдавливания стали преобладать.

Выдавливание металлов на прессах осуществляется чаще из заготовок круглой 

формы, поэтому процесс этот периодический, ограниченный размерами заготовки 
и производительностью пресса. Также можно использовать два параллельных цилин-
дра, попеременно подающих материал заготовок в общую формующую головку, что 
позволяет обеспечить квазинепрерывный процесс. Такой метод применяется и в про-
изводстве пластмассовых изделий для материалов с очень высокой вязкостью (сверх-
высокомолекулярный полиэтилен) или материалы, которые не плавятся при обычных 
температурах переработки пластмасс (например, фторопласт-4). Особенности экстру-
зии таких материалов рассматриваются в главе 1 книги 1.

Процесс непрерывного формования изделий из расплава можно условно разделить 

на три основные стадии:

· подготовка расплава в каналах шнека (шнеков) экструдера и подача его под дав-

лением в экструзионную головку;

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

· течение расплава в экструзионной головке по каналам сложной геометрии и вы-

давливание его из формующего инструмента головки в виде заготовки (экструда-
та) определенной формы и размеров;

· пластическое деформирование и охлаждение заготовки за пределами головки 

и формование изделия конечной формы и размеров.

Экструдеры для переработки пластмасс относятся к машинам пластицирующе-

го типа [3, 4]. Вопросы транспортирования, нагрева, диспергирования, смешения, 
плавления, нагнетания вязкой жидкости под давлением наиболее проработаны в те-
оретическом и практическом отношении для одношнековых и двухшнековых машин. 
Опубликовано также большое количество прикладных работ по оптимизации кон-
струкции шнеков при переработке различных материалов. Рекомендации по выбору 
шнеков при изготовлении изделий различного назначения приведены в главах 2 и 3 
книги 1.

Течение расплава в каналах экструзионных головок — постоянный объект внимания 
ученых и инженеров. Накоплен богатый практический опыт, на основе которого 
разрабатывают технологическую оснастку для разнообразных применений. На основе 
практических данных ученые и инженеры разных стран обобщают и трансформируют 
их в теоретические положения, которые являются базой для дальнейшей практической 
работы на более высоком информационном уровне.

Развитие информационных технологий на базе персональных компьютеров явилось 
революционным шагом, ускорившим накопление знаний во многих областях науки 
и техники, привело к разработке прикладных программ по различным разделам 
техники. Применение современных прикладных компьютерных программ численного 
моделирования позволяет достаточно точно предсказать поведение материала при 
конкретных условиях переработки. Но многие вопросы практического характера изучены 
еще недостаточно полно или излагаются слишком сложно.

Поведение расплава вязкоупругой жидкости на выходе из головки значительно отличается 
от поведения пластических сред. Процесс формования изделия из расплава 
полимерного материала сопровождается изменением формы и размеров экструдата 
вследствие релаксации, накопленной при течении в головке высокоэластической деформации (
процесс разбухания), последующей неизотермической вытяжкой и сложного 
деформирования при калибровании. Эти процессы происходят одновременно 
и сопровождаются охлаждением. На этой стадии поведение расплава зависит от предыстории 
течения в экструдере и в каналах экструзионной головки.

Форма экструдата на выходе из экструзионной головки не обязательно подобна конечному 
изделию. Формование профиля из заготовки простого сечения (например, 
трубы, полосы) путем пластического деформирования в калибраторе, установленном 
за пределами экструзионной головки, называемое иногда технологией postforming, 
в наибольшей степени влияет на качество готового изделия. Процесс постформинга 
по принципу формоизменения напоминает прокатку или волочение металлических 
изделий. Многие принципиальные положения этих процессов логично использовать 
и при формовании пластмассовых изделий с учетом специфических свойств термопластов 
и их высокоэластических характеристик.

Вопросы деформирования полимерных материалов в переходном состоянии наименее 
изучены вследствие сложности процессов и трудности постановки корректного 

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

эксперимента. Теоретической базой для изучения здесь могут служить многочисленные 
работы в области деформирования твердых материалов (пластичных металлов, 
керамики, глины, пищевых масс и т. д.), формования синтетических волокон.

Качество конечного изделия зависит от режимов обработки материала на всех стадиях 
технологического процесса. Подготовка материала к переработке (подсушка, 
предварительная окраска сырья, измельчение, смешение с добавками и т. д.); пластикация 
и плавление материала в экструдере; течение расплава в экструзионной головке; 
неизотермическая вытяжка и деформирование экструдата в процессе калибрования; 
резка профиля; приемка изделия в отрезках или намотка в бухты, различные процессы 
непрерывного (или периодического) декорирования в разной степени влияют на 
внешний вид изделия, его размеры и конечные свойства, которые регламентируются 
технической документацией.

Невозможно получить изделие с жесткими допусками на форму и размеры при зна-

чительном колебании расхода и давления расплава в головке; если не обеспечивается 
необходимая точность регулирования температуры по зонам цилиндра и головки экс-
трудера; если гранулометрический состав загружаемого в машину материала не позво-
ляет обеспечить равномерное питание шнека (шнеков) и т. д.

Неправильно сконструированная в реологическом отношении экструзионная го-

ловка не сможет обеспечить равномерное выдавливание расплава по сечению форму-
ющей щели, что на последующих стадиях формования может привести к искажению 
формы профиля и его искривлению по длине.

Неравномерность деформирования участков профиля при калибровании или раз-

личные условия их охлаждения создают проблемы при получении требуемой формы 
изделия. Низкая вязкость и невысокая прочность расплава затрудняет вытяжку экс-
трудата при наладке процесса.

Сложно перечислить многочисленные технические проблемы, возникающие на 

стадии отработки технологического процесса. Кроме них существуют еще и органи-
зационные, например состояние оборудования, квалификация операторов экстру-
зионных машин и технологов (человеческий фактор), марочный состав сырья и его 
качество, подготовка сырья перед переработкой и т. д. Многие технические и орга-
низационные вопросы производства тесно переплетаются, и от их быстрого и пра-
вильного решения зависит производительность оборудования и объем выпускаемой 
продукции.

Качество экструдируемого профильного изделия зависит от влияния на процесс 

разбухания экструдата, неизотермической вытяжки и деформирования в калибру-
ющих устройствах различных типов. В большинстве случаев эти три составляющих 
экструзионного процесса протекают одновременно и влияют друг на друга. Разбуха-
ние на выходе из головки представляет собой проявление «памяти» расплава вязко-
упругой жидкости на предшествующее деформирование и течение в каналах голов-
ки, на развитие и релаксацию обратимой высокоэластической деформации. Послед-
няя определяет способность расплава к вытяжке и прочность расплава, особенно на 
стадии наладки процесса. Вместе с тем в результате ориентации полимерных цепей 
в направлении вытяжки и по толщине стенок изделия создается неравновесная структура 
материала, которая при охлаждении вызывает образование остаточных (внутренних) 
напряжений. Ориентация расплава при течении в каналах головки и различный 

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

уровень нормальных напряжений по главным направлениям деформации вызывает 
неоднородность трехмерной деформации расплава на выходе из головки. Это приводит 
к неодинаковому изменению размеров экструдата при последующем его деформировании, 
т. е. влияет на размеры «заготовки» и соответственно на конечные размеры 
профиля.

Ограничение разбухания экструдата в калибраторе при близком его расположении 

к экструзионной головке вызывает перераспределение деформаций и изменение текущего 
состояния расплава по сравнению со свободной экструзией.

В книге рассмотрены основные положения непрерывного формования изделий из 

расплава, которые оказывают непосредственное влияние на конструирование и расчет 
технологической оснастки и технологию производства профильных изделий. Это 
проблемы течения в каналах различной геометрии, разбухания и вытяжки расплава, 
деформирования заготовок простого и геометрически сложного поперечного сечения 
при свободной вытяжке и различных схемах калибрования.

Сложность протекаемых на этих стадиях процессов не позволяет в большинстве 

случаев рекомендовать удобные для практического использования рецепты и расчетные 
формулы. Поэтому приходится применять эмпирические или полуэмпирические 
зависимости и рекомендации, основанные на практическом опыте переработки различных 
термопластов.

Следует отметить, что многие теоретические положения процессов разбухания, 

вытяжки расплавов в большинстве случаев разработаны на основе экспериментальных 
данных, полученных на приборах в идеальных условиях, т. е. они относятся к периодическим 
процессам. Разработанные на их базе математические модели деформирования 
расплава не всегда применимы для практики из-за сложности и наличия 
большого количества эмпирических коэффициентов, которые трудно получить без 
соответствующей экспериментальной материальной базы и хорошей математической 
подготовки исследователей. На это обращали внимание авторы книги [5], которые 
отмечали, что «математическая строгость, стройность и универсальность (математических 
моделей) не являются самоцелью в прикладной реологии, и если они достигаются 
ценой больших усложнений и вступают в противоречие с физической ясностью 
и практической целесообразностью задачи реологического описания в ее инженерном 
приложении, следует предпочесть менее строгую, но более простую и практически 
применимую теорию».

Поэтому для практического использования, особенно в промышленности, по возможности, 
следует использовать интегральные модели, включающие реально измеряемые 
параметры процесса и характеристики материала.

Далее более подробно рассматриваются основные положения непрерывного формования 
изделия из расплава, включая разбухание как отдельный процесс, неизотермическую 
свободную вытяжку при одновременном разбухании и калибрование экс-
трудата, сопровождаемое разбуханием, вытяжкой и неизотермическим деформированием 
в калибраторе с учетом многочисленных факторов, влияющих на формирование 
изделия.

Для более ясного понимания происходящих при экструзии явлений необходимо 

знать и понимать основные термины прикладной реологии. Поэтому далее кратко 
остановимся на терминологии практической реологии.

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru