Формование высоконаполненных дисперсных композиций в одношнековом прессе

• Автор: Логинов, Владимир Яковлевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 271 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Глава. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР II

1.1. Физикомеханические свойства пластмасс.

1.1.1. Компрессионные свойства пластмасс II

1.1.2. Реология пластмасс вискозиметрия.

1.1.3. Тренне пластмасс на твердых поверхностях трибометрия.

1.2. Математическое моделирование экструзии пластмасс.

1.2.1. Математические модели экструзии расплавов термопластов.

1.2.2. Математические модели экструзии пищевых продуктов

1.2.3. Математические модели экструзии катализатор и ых масс

1.2.4. Математические модели экструзии керамических масс

1.2.5. Другие подходы к математическому моделированию экструзии.
1.3. Влияние влажности массы на реологию и качество экструдата
1.4. Влияние конструкции пресса на качество экструдатов.
1.4.1. Прессинструмент.
1.4.2. Шнек.
1.4.3. Корпус.
1.5. Масштабирование процессов формования.
1.6. Обсуждение результатов обзора
1.7. Постановка задачи
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЫСОКОНАПОЛ
НЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ВДК.
2.1. Методика оценки компрессионных свойств ВДК
2.1.1. Описание компрессионных свойсгв ВДК
2.1.2. Построение обобщенной зависимости плотности массы от давления, температуры и состава ВДК.
2.1.3. Оценка жесткости ВДК. Модуль удельной работы уплотнения
2.1.4. Анализ зависимости модуля удельной работы от давления, температуры и состава ВДК.
2.1.5. Выводы и рекомендации по результатам исследования компрессионных свойств
2.2. Методика экспрессанализа состава жидкой фазы ВДК, пластифицированной комбинированным растворителем с высоколетучими компонентами
2.2.1. Описание методики экспрессанализа состава ВДК.
2.2.2. Пример использования методики экспрессанализа состава ВДК.
2.3. Методика оценки реологических характеристик течения ВДК по кривой ползучести
2.4. Методика оценки сдвиговой прочности ВДК по кривой ползучести.
2.5. Методика оценки напряжения внешнего трения ВДК.
2.6. Унифицированное математическое описание физикомеханических свойств ВДК
Глава 3. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И АНАЛИЗ ПРОЦЕССА
ФОРМОВАНИЯ ВЫСОКОНАЛОЛНЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В ОДНОШНЕКОВОМ ПРЕССЕ
3.1. Модельные представления процесса формования ВДК в одношнековом прессе
3.2. Общий алгоритм моделирования процесса одношнекового формования ВДК.
3.3. Оценка адекватности математической модели формования ВДК
3.4. Анализ чувствительности математической модели формования ВДК
3.5. Анализ устойчивости одношнекового формования ВДК. Методика оценки границ области угрозы устойчивости с заданным запасом устойчивости
Глава 4. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ОДНОШНЕКОВЫХ ПРЕССОВ И РЕЖИМА
ФОРМОВАНИЯ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ,
4.1. Поиск оптимальных по удельным затратам энергии параметров модели с учетом устойчивости процесса
4.2. Новые конструкции одношнекового пресса, повышающие устойчивость формования и качество грануляга.
4.3. Анализ результатов оптимизации конструкции одношнекового пресса и режима формования ВДК.
Глава 5. ПАКЕТ МОДЕЛИРУЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОЕКТОРОВ А 1ИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ПЛАСТМАСС
5.1. Общая характеристика пакета моделирующих программ.
5.2. Структура пакета моделирующих программ
5.3. Краткая характеристика подсистемы методической поддержки ПМП
5.4. Унифицированный алгоритм обработки результатов эксперимента.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Структура и свойства наполненных полимеров как гетерогенных многокомпонентных систем в общем виде определяется физикомеханической и химической структурой наполнителей, размером, формой и содержанием, а также способом их введения, степенью диспергирования агломератов иаполннтеш и интенсивностью смешения в экструдере. Механизм смешения расплавов полимера с диспергируемой твердой фазой исследовали многие, отметим наиболее известных авторов Г. Шенкель , МакКелви , Р. В. Торнер , Ким В. С. . Согласно этим исследованиям качество смеси однозначно определяется величиной деформации сдвига, развивающейся в расплаве полимера в процессе его течения по винтовому каналу шнека. В работах , , представлены различные подходы к определению величины деформации сдвига. Г Шенкель определяет качество смеси в одношнековых экструдерах по наименьшему сдвигу, получаемому бесконечно малым элементом жидкости в винтовом канале шнека. В качестве такого бесконечно малого элемента Г. Шенкель выбрал частицу с координатой, составляющей высоты канала. Метод Г. Шенкеля предполагает, что в остальном объеме жидкости качество смеси лучше, гак как он подвергается большему сдвигу. Указанный метод применим в инженерных расчетах только в том случае, если качество смеси, определенное в точке с координатой у высоты канала, удовлетворяет предъявляемому к смеси требованию по однородности состава. Он также может быть применен при теоретическом анализе процесса смешения в зоне плавления, где влиянием циркуляции можно пренебречь. Аналогичный подход при анализе процесса смешения в зоне дозирования одношнекового экструдера использовал и Д. М. МакКелви . По аналогичной методике Р. В. Торнер с учетом аномалии вязкости экструдируемого материала псевдопластичной жидкости получил уравнение для расчета деформаций сдвига в продольном и поперечном направлении для оценки степени смешения. Общий недостаток, присущий вышеперечисленным работам, состоит в игнорировании поля скоростей сдвига по высоте винтового канала, что может привести к ошибочному выводу о действительной деформации сдвига. В 1 В. С.Ким обобщает исследования свои и вышеуказанных авторов в развитие теории и уточняет перечисленные методики расчета механизмов образования и разрушения агломератов наполнителя диспергируемая фаза в жидкой фазе дисперсионная среда и последующего их смешения в экструдере. В настоящее время математическое моделирование процесса экструзии расплавов полимеров развивается в направлении создания моделей, сочетающих использование численных методов расчета и различных экспериментально полученных зависимостей. Такого рода работа проводится на кафедре технологии полимерных материалов в Университете города Падерборн, Германия 2,. В 2 применяются численные методы расчета для однозаходного винта шнека с мелкой и неизменяемой, по длине глубиной нарезки и постоянным шагом винтовой линии кстати, тем самым вводится неустранимое ограничение на использование предлагаемой модели. V 1. V окружная скорость внутренний диаметр корпуса п0 скорость вращения винта. Окружная скорость может представлена компонентами вдоль компонента и поперек х компонента канала
V Vi Vx V, 1. V окружная скорость вдоль канала винта Vx окружная скорость поперек канала винта ф угол подъема спирали нарезки винта. Продольная компонента V вызывает вынужденное течение, а поперечная компонента Vx
приводит к поперечному или окружному течению. К коэффициент степенного закона у скорость сдвига ппоказатель степени в степенном законе. Эти дифференциальные уравнения связаны между собой степенным законом течения. В литературе численные решения известны для каналов с малым углом подъема винтовой нарезки, порядка . Такое решение дано в работах Буйи 6 и Феннера 7. Потенте 8 приводит приближенную формулу для двумерного случая, полученную численными методами путем развития одномерной модели циркуляционное течение не учитывается. В работе 2 предложены приближенные уравнения, которые описывают корреляцию между перепадом давления по длине канала шнека винта и производительностью экструдера при переработке расплавов полимеров. Численные значения параметров, на использовании которых была основана работа Потенте с сотрудниками, найдены методом конечных элементов.