摘 要：介绍聚乙烯管材模头的发展过程及两种主要模头的一般知识。

    关键词：支架式模头、带破料板的支架式模头、螺旋芯棒式模头和筛篮式模头。

    在目前的管材市场上，PE管材以较高的速度正在赶上和超过PVC管材的用量。在我公司PE管材也正在成为主导产品。在生产中和现在或将来的项目中很有必要了解生产PE管材的重要部件—挤出模头。现在常用的两种挤出模头为螺旋芯棒式模头和筛篮式模头。现就这两种模头分别作以论述，供大家参考。

    在管材挤出线中，无论PVC管材还是PE管材，模头对于产品质量都起着非常关键的作用，其作用是使挤出机挤出来的熔融物均匀地通过整个模头断面。管材模头与挤出产品的要求相适应，对于整条生产线的工作效率与经济性，具有决定性的作用。对模头的两点基本要求是：

    1、 模头必须适应所加工的材料；

    2、 模头必须严格按照挤出量和管材的断面尺寸进行设计。

    一、聚烯烃模头的发展过程
    对聚烯烃的挤出，从支架式模头发展到后来常用的螺旋式模头和筛篮式模头。其目的都是尽可能消除由模头支架所引起的合模线，使进入模头的物料很好的混合，熔体更加均化。

    1、支架式模头
    模头的分流体部分为支架式，生产小口径管材的模头为十字支架式，生产大口径管材的模头多为六条筋或八条筋。这种模头的最大缺点就是如果前边的压缩段的压力太小的话，合流线有时消除的就不太好。从而必须有足够高的压力使这些分离的料流再融合。这要求具有相对高强度的结构，因此模头的整体重量很高。这种模头一般多用于PVC管材的挤出。

    2、带破料板的支架式模头
    最简单的方法是将一破料板放在支架之后，由支架所引起的几道料流被分成众多更小的料流。因此，机械应力从支架部分向前推移，而合模线大体上被大量小的料流消除。这种PE模头多用于低密度聚乙烯、小口径管材生产中。以前我公司在西厂生产的低密度PE排水灌溉用管材所用模头就为此种模头。现在这类模头已经趋于淘汰，在一些私营小厂还在用。

    3、螺旋芯棒式模头和筛篮式模头
    带破料板的支架式模头在现有的中高密度聚乙烯管材生产中已很少使用。而多用螺旋芯棒式模头和筛篮式模头。这两种机头已较好地解决了消除合模线的问题。螺旋芯棒式模头的核心是螺旋芯棒，筛篮式模头模头的核心部分是带有大量孔眼的管状体，即网叠。现把这两种常用模头的结构及工作原理分别说明。

    二、螺旋芯棒式模头的结构及工作原理


图1  螺旋芯棒式模头的结构及工作原理

    螺旋芯棒式模头又叫螺旋分流体模头。对于螺旋分流体模头，进入模头的熔体料流，首先通过分流体系--有的是若干星型孔或其他分流系统，分流到机头四周。然后熔体进入螺旋状环绕在芯模外面的流道。螺旋流道的深度随着靠近模头流出端而逐渐减小。同时，芯模与模头体型腔之间的间隙则逐渐增大。在这一区段，料流内部出现轴向与径向流动的重叠。沿着模头流出方向，径向流动的比例降低，而轴向流动的比例，则持续提高，最终全部的熔体沿轴向流动。采用这种方式，分流体流道的流动印记沿管材断面四周均匀分布，这就意味着不会出现局部的强度损失。

   沿管材断面四周熔体分流的质量受多种因素的影响。这些因素包括机头的几何尺寸，如流道的数量、流道缠绕扭曲角度、螺旋的螺距、螺槽深度与宽度、间隙宽度、所加工的原料，特别是其粘度，以及挤出量和物料温度。借助于计算机程序和操作者的经验，可以对螺旋分流体进行优化设计，以适应特定的应用范围。在这种情况下，壁厚分布非常均匀。这种模头除了很好地消除合料线外，还在以下几方面有优势：
    1、机械应力和热应力较低，制品有良好地机械强度。
    2、结构坚固，故适合高粘度材料的挤出，同时模头的装拆和操作简便。
    3、芯棒上易钻孔，故易采用内冷系统。
    以上的这些优点使螺旋芯棒式模头得到越来越广泛地应用。
    这种模头的缺点是：由于其相对复杂的结构，这种类型模头对原料的改变较敏感。即使是粘度和流变特性的细小变化都会引起螺旋体中流动情况的改变，管径的变化也有相似的影响。因此，要设计好螺旋的几何形状，使模头具有尽可能宽的加工范围，以适应不同的材料和挤出量。

    三、筛篮式模头的结构及工作原理
    在筛篮式模头上，料流首先通过支架或带有多星孔的料流分流体系。紧接着熔体流过多孔区段。这个元件，即筛篮，在这里料流不是沿轴向流过，而是沿径向从里向外流过。由于筛篮具有一定的长度，在机头直径较小的情况下，提供了很大的过流面积。因此，在相对较小的机头尺寸下，多孔区段的压力降低了。在筛篮区段内，熔体料流两次改变流向，然后变成轴向。单股料流之间能良好的混合，熔体更加均化。

    借助于一个阻滞元件以及相邻的松弛缓冲区，实现料流之间的融合。由于筛篮的断面面积比较大，筛篮式机头的机头压力要明显低于其他的结构形式。物料受到的负荷比较小，物料温度也比较低，可以较容易地提高挤出量。这种机头的最大优点是适应性比较好即使在很高的挤出量时，也能实现良好的均化；管材管径及壁厚的变化，PE原料的型号、物料粘度、背压的变化下，都能生产出高质量的管材。这种模头的最大缺点是模头内所有物料的融合、生产中清理、拆装模头不如螺旋芯棒式机头好和方便。我公司现用的PE管生产线是巴登震雄生产的，所用机头为筛篮式机头。生产实践中可以明显的看出这种机头的适应性较强，无论PE80、PE100还是PE63。我们另买一专用机头挤出PP-R管材，解决了经常清理机头的不便。

    总之，这两种模头各有利弊，建议在选购PE管材模头时，取长补短，根据自己的生产情况选用。生产原料的牌号不固定，生产量较大，不经常更换管材颜色而清理拆装模头时，最好选用筛篮式模头。要求管材壁厚较均匀、生产原料的牌号较固定，常更换管材颜色而清理拆装模头时，最好选用螺旋芯棒式模头。