Разработка конструкции экструзионных головок для изготовления профильно-погонажных полимерных изделий в условиях наложения ультразвуковых колебаний

• Автор: Киселева, Ольга Федоровна
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 178 с.

Содержание. с.
Основные обозначения
Введение
1. Анализ конструкций экструзионных головок, используемых для изготовления полимерных изделий в условиях сложного сдвига (Литературный обзор)
1.1. Описание конструкций формующих головок с использованием элементов сложного сдвига
1.2. Плоскощелевые экструзионные головки с применением ультразвуковых колебаний
1.3. Конструкции трубных формующих головок с влиянием ультразвука
1.4. Теоретические закономерности процессов течения аномально -вязких жидкостей в плоскощелевых и цилиндрических каналах в условиях ультразвукового воздействия
2. Разработка новой конструкции и методов расчета опытнопромышленной экструзионной головки для изготовления профильнопогонажных полимерных изделий с применением ультразвуковых колебаний
2.1. Влияние конструкционных особенностей на пропускную способность и профиль выхода полимерных изделий
2.2. Разработка теоретической зависимости напорного течения расплавов полимеров в формующих каналах сложного профиля в условиях воздействия ультразвуковых колебаний
2.3. Математическое описание влияния наложения ультразвуковых колебаний на разбухание экструдата
2.4. Расчет мощности ультразвуковых колебаний, поглощаемых полимером в каналах сложного профиля акустических ультразвуковых головок
3. Экспериментальное исследование процессов экструзии в условиях ультразвукового воздействия
3.1. Описание экспериментальной установки для исследования гидродинамических характеристик потоков при экструзии расплавов полимеров в условиях ультразвуковых колебаний.
3.2. Определение коэффициентов формы формующих каналов сложного профиля.
3.3. Исследование реологических свойств расплавов полимеров.
3.4. Результаты экспериментальных исследований расходных характеристик расплавов полимеров в каналах сложного сечения.
3.5. Исследования по оценке мощности ультразвукового излучения, поглощаемого массой полимера.
3.6. Результаты экспериментального исследования по коэффициенту разбухания экструдатов.
4. Сопоставление полученных экспериментальных данных по пропускной способности канала и коэффициенту разбухания с их теоретическими значениями по предлагаемым математическим зависимостям и теории других авторов.
Общие выводы.
Список литературы Приложение.

Основные обозначения а, Ь - коэффициенты формы, с - скорость распространения ультразвука в полимере, м/с;
Е - модуль упругости, Па;
£ - частота ультразвуковых колебаний, Гц;
О - масса экструдата, кг;
Н - ширина формующей щели, м; к - коэффициент разбухания;
Ь - длина канала, м;
Р - давление перед входом в канал, Па;
С> - массовый расход, кг/с; ц - объемный расход, м3/с;
Ыо - радиус канала, м;
Яг - гидравлический радиус, м; г - время запаздывания, с;
Б - площадь канала, м2;
8Э - площадь сечения экструдата, м2;
Х,У,Х - координаты декартовой системы; а - коэффициент затухания; а1 - постоянный коэффициент, 1/ Па3-с; у - скорость сдвига, с'1; у - градиент скорости сдвига, (м-с)'1;
АР - перепад давления на единицу длины, Па/м;
5 - глубина проникновения ультразвука в полимер, м;
50 - отклонение между теоретическими и экспериментальными значениями,%;
80- среднее отклонение между теоретическими и экспериментальными значениями, %; г|эф - эффективная вязкость, Па с; г)о - наибольшая ньютоновски вязкость, Па с; т]ш - вязкость полимера при воздействии ультразвука, Па с;
0 - коэффициент, учитывающий высокоэластичные свойства среды; ц - ньютоновская вязкость, Па с; р - плотность расплава, кг/м3; т - напряжение сдвига, Па; тист' истинное напряжение сдвига, Па; т0 - среднее напряжение сдвига на стенке, Па;
Ф - эффективная текучесть расплава, 1/ Па с; ф0 - наименьшая текучесть расплава, 1/ Па с; оа - круговая частота, с"1;
П - периметр канала, м;
ТМ0) - мощность ультразвуковых колебаний, вт.

щели. Роль излучателя колебаний выполняет дорн из титанового сплава ВТ-5. Дорн имеет внутренний канал, в котором вставлен волновод-излучатель. Конструкция головки предусматривает возможность замены мундштуков так, что толщина формующего кольцевого зазора диаметром 35 мм может устанавливаться в пределах 0,25 ч- 1,0 мм.
Представленная конструкция обеспечивает получение рукавных пленок широкого диапазона толщин (от 7 до 150 мкм) при ширине сложенного рукава 250 мм и разнотолщинности в пределах требований ( ± 10 %).
Расширены возможности работы экструзионной головки с ультразвуком, предложенной авторами [5.5]. Формующая головка, представленная на рисунке 1.19, предназначена для изготовления гофрированных трубчатых изделий из термопластов. Принцип действия основан на использовании ультразвуковых колебаний с различной амплитудой колебательной скорости (от 0,5 до 5 м/с), как известно, в результате воздействия ультразвука происходит понижение эффективной вязкости расплава полимера. Если использовать вибрации с ультразвуковой частотой, модулированной по амплитуде, то можно обеспечить изменение вязкости расплава во времени по закону, обусловленному частотой модуляции. В результате этого на изделии, например, на рукавной пленке, получают чередование тонких и утолщенных участков, сочетание которой и представляет собой гофры. Высота выступов гофр определяется глубиной модуляции.
Как видно, использование дорна - вибратора, позволяет значительно расширить возможности работы экструзионных головок и получать различные виды изделий из полимерных материалов.
Например, формующая головка для производства труб, представленная на рисунке 1.20. Авторами [4.5] в качестве источника ультразвуковых колебаний использовался магнитострикционных преобразователь серийного типа МПС-15-А18, возбуждение которого производилось ультразвуковым генератором УЗГ-10. Преобразователь был встроен во внутренний канал дорна.
Как показал анализ работы данной конструкции, наложение ультразвуковых вибраций позволяет снизить температуру формования на 30-40° по сравнению с экструзией без вибраций. Это особенно важно для полимеров, склонных к термодеструкции.