Напорно-расходные характеристики экструзионного оборудования при переработке вязкоэластичных полимеров

• Автор: Борисов, Алексей Андреевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение
Глава 1. Анализ современного состояния теории и практики промышленного использования процесса шнековой экструзии полимерных материалов
1.1. Оборудование и формующий инструмент, используемые в экструзионных технологиях производства изделий из полимерных материалов

1.2. Полимерные материалы, используемые в процессах экструзии, и

их реологические свойства

1.3. Существующие методы расчета расходно-напорных характеристик одношнековых экструдеров
1.4. Методы гидравлического расчета формующего инструмента экструдеров, используемые в практике его конструирования
1.5. Расчетные методы оценки энергосиловых характеристик взаимодействия рабочих органов одношнековых экструдеров с перерабатываемой полимерной средой, используемые в практике конструирования оборудования
1.6. Компьютерный инжиниринг в практике конструирования экструзионного оборудования и реализации технологических процессов
1.7. Актуальные проблемы совершенствования экструзионного оборудования и технологических процессов переработки полимерных материалов, реализуемых на его основе. Цели и задачи работы
Глава 2. Реологическая модель для описания процессов течения расплавов вязкоэластичных полимеров в каналах рабочих органов экструдеров и формующего инструмента
2.1. Обоснование выбора реологической модели
2.2. Количественная оценка эластических свойств, проявляемых полимерными материалами
Глава 3. Математическое описание процесса течения расплавов полимеров в винтовом канале шнека экструдера с учетом их вязкоэластических свойств
3.1. Постановка задачи. Кинематика процесса сдвигового течения расплава вязкоэластичного полимера в винтовом канале шнека и реологическое уравнение его состояния
3.2. Распределение скоростей потока в канале одношнекового экструдера и его расходно-напорная характеристика
3.3. Оценка энергосиловых характеристик процесса одношнековой экструзии расплавов вязкоэластичных полимеров
3.4. Анализ влияния реологических параметров полимеров и некоторых конструктивных параметров экструзионного оборудования на его расходно-напорные характеристики при экструзии вязкоэластичных полимеров
Глава 4. Математическое описание процесса напорного течения расплавов вязкоэластичных полимеров в проточных каналах экструзионного формующего инструмента с произвольной геометрией их поперечных сечений
4.1. Течение в каналах цилиндрического типа
4.2. Течение в нецилиндрических каналах
4.3. Взаимодействие формующего инструмента с одношнековым экструдером
Глава 5. Методы расчета технических характеристик одношнековых экструдеров, экструзионного формующего инструмента и энергосиловых

характеристик процесса экструзии с учетом вязкоэластических свойств перерабатываемых полимеров
5.1. Расчет расходно-напорных характеристик одношнекового экструдера
5.2. Гидравлический расчет экструзионного формующего инструмента
5.3. Расчет расходно-напорных параметров (рабочей точки) при взаимодействии одношнекового экструдера с формующим инструментом
5.4. Расчет энергосиловых характеристик процесса одношнековой экструзии расплавов вязкоэластичных полимеров
5.4.1. Рабочее и максимальное давления, возникающие в плас-тикационном цилиндре одношнекового экструдера
5.4.2. Крутящий момент и осевая сила, действующие на шнек экструдера
5.4.3. Мощность привода одношнекового экструдера, затрачиваемая
на продавливание расплава полимера через формующий инструмент
Выводы
Условные обозначения физических величин и параметров
Список литературы
Приложения
Приложение 1 Протокол испытаний одношнекового экструдера
Приложение 2 Программа для определения перепада давления в формующем инструменте

мощности, рассеиваемой в дозирующей зоне шнека. Такие методы расчета мощности привода базируются на классическом определении элементарной мощности как скалярного произведения векторов скорости движения и элементарной силы, при этом суммарная мощность оценивается как сумма мощностей, рассеиваемых как в винтовом канале шнека экструдера, так и в зазоре между гребнем нарезки винтового канала шнека и стенкой пластикационного цилиндра. В этой группе расчетных методов можно различить методы, базирующиеся как на ньютоновском приближении в описании реологического поведения полимеров [29, 39, 24, 4, 53], так и на приближении реологического поведения последних в виде степенного уравнения [59]. В случаях, когда реологическое поведение полимера рассматривается как поведение ньютоновской жидкости, мощность, рассеиваемая в зоне дозирования одношнекового экструдера, рассчитывается по следующей зависимости:
nDn s
N = {лО)2п ~~~ + и(г) + --ч4р. (1.10)
Н osmyp)) cos <р)
где D - диаметр шнека экструдера; Н - глубина винтового канала шнека в его дозирующей зоне; Loc - длина дозирующей зоны шнека по его оси; s - ширина гребня нарезки винтового канала шнека; 5 - зазор между гребнем нарезки винтового канала шнека и стенкой пластикационного цилиндра; <р - угол подъема винтовой линии канала шнека; смысл остальных параметров раскрыт в зависимости (1.1).
Следует отметить, что зависимость (1.10) для большинства термопластов дает весьма завышенные расчетные значения даже по отношению к суммарной мощности, реально затрачиваемой на реализацию процесса экструзии. Особенно неудовлетворительные результаты наблюдаются в случаях скоростных режимов работы оборудования. Это связано с тем, что эта зависимость и основанный на ней метод расчета не учитывают аномалию вязкости, которую проявляют большинство полимерных материалов. В силу этого, методы расчета мощности, рассеиваемой в дозирующей зоне шнека экструдера, основанные на зависимостях типа (1.10), имеют весьма узкую специфическую область их