Математическое моделирование процесса формования полимерных пленок в условиях двухосного растяжения с учетом теплопереноса

• Автор: Третьяков, Илья Викторович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Уравнения состояния в механике сплошных сред
1.1 Уравнения динамики деформируемых сплошных сред
1.2 Модели линейных полимеров
1.3 Уравнения динамики макромолекулы
1.3.1 Модель гауссовых субцепей
2 Статистическое моделирование динамики макромолекулы
2.1 Связь тензора напряжений с корреляционными моментами
3 Получение модифицированной модели Виноградова-Покровского
3.1 Плавление полимерных материалов в экструдере
3.1.1 Течение и теплообмен расплавов полимеров в винтовом канале экструдера
3.1.2 Движение и теплообмен полимера в зонах загрузки и задержки плавления
3.1.3 Плавление полимерных материалов в канале экструдера
3.2 Моделирование процесса формования полимерной пленки
3.2.1 Обезразмеривание и результаты
Заключение
Литература
Приложение А Акты внедрения

Введение
Актуальность работы. Полимерами называют химические соединения с высокой молекулярной массой. Молекулы полимеров состоят из большого количества повторяющихся атомных группировок, поэтому их также называют макромолекулы. Полимеры можно разделить на синтетические - материалы, которые производятся химической промышленностью, и биополимеры -материалы, производимые органическими системами. Все типы полимеров формируются в виде пространственных, слоистых или линейных структур, образованных направленными химическими связями (ковалентными или ионноковалентными).
Полимеры являются удивительным классом материалов. Некоторые физические свойства определенного типа могут иметь огромную разницу в значениях не только для различных видов полимеров, но и для одного полимера в различных физических состояниях. В качестве примера можно привести модуль Юнга. Его значение для типичной резины в случае растяжения на несколько процентов будет в пределах 10 МПа. В аналогичной ситуации значение модуля Юнга для жидкокристаллического волокна будет в 35 ООО раз больше. Также большой диапазон значений можно наблюдать у электропроводности полимеров: самый лучший непроводящий электричество полимер имеет значение электропроводности 10'18 ОмЛм'1, тогда как у полиацетилена с небольшими добавками данное свойство может достигать значений 104 Ом'Чй1, что в 1022 раз больше. [1].
Некоторые синтетические полимеры были открыты еще в 19 веке. Но только в 1930 годах начался рост их производства на фабриках и, соответственно, стали расширяться сферы применения полимерных материалов. Причиной этому являлась необходимость в нахождении замены натуральным материалам, запасы которых иссякали по различным причинам. В это же время начинает увеличиваться количество научных исследований по изучению полимеров. В 1

году Пеклес выдвинул предположение, что резина состоит из длинных цепочек молекул. Необходимо отметить, что в то время общепризнанной была теория о том, что резина состоит из небольших колец молекул. В 1920 годах на базе исследований структуры резины немецкий химик Г ерман Штаудингер переформулировал теорию цепочек молекул, ввел понятие «макромолекула», показал связь между молекулярной массой полимера и вязкостью его раствора. Эти результаты были предметом дискуссий в течение целого десятилетия и были признаны благодаря работам Штаудингера, Флори, Майера и др. Последующие годы интерес к полимерным материалам только возрастал, поток научных исследований и практических результатов продолжает увеличиваться.
По данным федеральной службы государственной статистики Российской Федерации производство пластических масс составило в 2012 году 5407 тыс. тонн, что на 9% больше по сравнению с 2010 годом и на 20% больше, чем в 2009 г. Произведено 1475 тыс. тонн (рост на 7% сравнивая с 2010 годом) синтетического каучука. Производство химических нитей и волокон составило 140 тыс. тонн (рост - 4,5%, сравнивая с 2010 годом). В 2012 году было произведено полимерных труб, трубок, шлангов, фитингов 701 тыс. тонн, что на 207 тыс. тонн больше, чем годом ранее [2]. Можно заметить, что рост производства полимерных материалов соответствует изменениям в различных областях. Например, в машиностроении (автостроение, авиастроение, судостроение и др.) возрастает с каждым годом спрос на детали из конструкционных полимерных материалов. Активно развивается строительная индустрия и жилищно-коммунальный сектор. В данных отраслях используется большое количество изделий из полимерных материалов[3, 4, 5].
В отчете «Стратегия развития химической и нефтехимической промышленности РФ на период до 2015 года», разработанном в соответствии с поручением правительства РФ от 19.01.2005 г., указывается на огромные перспективы для предприятий производящих полимерные материалы и дается

При рассмотрении расплава или концентрированного раствора, движение макромолекулы связано также с движением соседних молекул. Частица, представляющая часть макромолекулы, находящейся среди других макромолекул, обладает анизотропией подвижности: движение бусинки вдоль цепи облегчено по сравнению с движением в перпендикулярном направлении [93]. Это обстоятельство может быть учтено введением «трубки» с конечным диаметром, образованной окружающими макромолекулами, так что оказывается возможным только движение вдоль «трубки», так называемые рептации [95].
Вышеописанные нелинейные уравнения содержат некоторые феноменологические параметры. Кроме характерного параметра теории Рауза -времени релаксации
где (я2'} - среднеквадратичное расстояние между концами макромолекулы,
некоторые параметры введены для более точного определения влияния соседних макромолекул на поведение отдельной макромолекулы.
Согласно [54] выражения для коэффициентов вязкости, предельной вязкоупругости, времени релаксации и величины динамического модуля стабилизации вычислены как
(2.16)
7 = —пТт'В,
т = 2Вт х,
(2.17)