Интенсификация процессов экструзии и повышение качества длинномерных заготовок в производстве резинотехнических изделий

• Автор: Ломов, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 314 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ПРОФИЛИРОВАНИЯ ДЛИННОМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ обзор литературы.

1.1. Аппаратурное оформление технологических процессов каланддрования и экструзии.

1.2. Интенсифицирующая оснастка

1.3 Анализ причин, влияющих на качество длинномерных

заготовок. Критерии оценки качества

1.4. Реологическое поведение резиновых смесей при

деформировании.

1.5. Моделирование процессов профилирования резиновых

смесей.
1.6. Особенности профилирования резиновых смесей с волокнистым наполнителем. Методы расчета анизотропии свойств
1.7. Выводы из литературного обзора и постановка задач исследования
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ТРЕХМЕРНОГО ТЕЧЕНИЯ АНОМАЛЬНОВЯЗКОГО МАТЕРИАЛА В КАНАЛАХ ЭКСТРУЗИОННЫХ ГОЛОВОК.
2.1. Разработка математической модели течения
2.2. Вывод матричных уравнений для решения исходной системы дифференциальных уравнений методом конечных элементов
2.3. Методика расчета трехмерного напорного течения аномальновязкой жидкости в сложнопрофильном канале
2.4. Анализ результата расчега параметров течения резиновых смесей в плоскощелсвых каналах
2.5. Оптимизация формы профилирующих каналов экструзионных головок.
2.6. Особенности течения резиновых смесей в каналах валковых головок с переменными граничными условиями
2.7. Заключение по главе.
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭКСТРУЗИИ ЛЕНТОЧНЫХ ЗАГОТОВОК
3.1. Формулировка задачи теоретического исследования.
3.2. Математическое описание течения вязкой жидкости в прямолинейном канале мундштука валковой головки
3.3. Метод расчета динамики течения
3.4. Анализ результатов расчетов параметров течения резиновых смесей в канале мундштука валковой головки.
3.5. Экспериментальное исследование экструзии резиновых смесей
с применением валковых головок.
3.5.1. Описание конструкции экспериментальной установки
и методики проведения исследований
3.5.2. Влияние работы валковой головки на качество получаемых заготовок.
3.5.3. Исследование распределения давления и скорости резиновых смесей в канале мундштука валковой головки
3.6. Определение оптимальных параметров конструкций валковых головок
3.7. Заключение по главе.
ГЛАВА 4. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ В ДИССИПАТИВНЫХ ГОЛОВКАХ К ЭКСТРУДЕРАМ.
4.1. Математическое моделирование неизотермического процесса винтового течения резиновых смесей между коаксиальными цилиндрами.
4.2. Метод расчета основных гидродинамических и тепловых характеристик процесса
4.3. Анализ результатов расчетов распределения температуры и энергосиловых параметров винтового течения
4.4. Метод прогнозирования подвулканизации и резиновых смесей при профилировании через и диссипативную головку экструдера
4.5. Исследование влияния конструктивных, кинематических и технологических параметров на тепловые и энергосиловые характеристики процесса.
4.5.1. Ориентировочный расчет конструктивных и
кинематических параметров диссипативной головки.
4.5.2. Исследование тепловых процессов.
4.5.3. Исследование энергосиловых характеристик процесса.
4.6. Оптимизация высокотемпературного профилирования резиновых смесей
4.7. Заключение по главе.
ГЛАВА 5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ АНИЗОТРОПИИ СВОЙСТВ
ДЛИННОМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ,
НАПОЛНЕННЫХ КОРОТКИМИ ВОЛОКНАМИ
5.1. Теоретическое описание механизма ориентации волокон.
5.1.1. Ориентация волокон в одномерном потоке композита
5.1.2. Ориентация волокон в двумерном потоке композита.
5.2. Ориентация волокон при переработке композитов в межвалковой области деформации
5.3. Ориентация волокон при течении композита в профилирующих каналах головок червячных машин.
5.4. Метод определения модуля упругости листовой заготовки
5.5. Экспериментальное исследование влияния конструктивных и технологических параметров оборудования на ориентацию волокон в получаемых заготовках.
5.6. Оптимизация параметров процесса профилирования
резиноволокнистых материалов
5.6.1. Постановка задачи оптимизации
5.6.2. Определение оптимальных параметров валкового оборудования.
5.6.3. Определение оптимальных параметров экструзионного оборудования.
5.7 Заключение по главе.
ГЛАВА 6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ И 1ТИМИЗАЦИИ
ПР1ЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ДЛИННОМЕРНЫХ
ЗАГОТОВОК ИЗ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ.
6.1. Совершенствование профилирующих каналов экструзионных головок.
6.2. Рекомендации по конструированию валковых головок к экструдерам.
6.3. Расширение технологических возможностей диссипативных головок.
6.4. Интенсификация процессов получения длинномерных заготовок с развитой анизотропией свойств.
6.5. Методика расчета энергосиловых характеристик процессов профилирования
6.6. Заключение по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ


Дополнительное воздействие может быть оказано, как путем низкочастотного вибрационного движения формующей поверхности или специального устройства ,, так и путем осуществления дополнительного стационарного сдвигового деформирования в тангенциальном к основному потоку смеси направлении ,,. Последнее, как правило, осуществляется с помощью вращающегося дорна или цилиндра головки. Разогрев смеси до температуры вулканизации может быть осуществлен и на основном оборудовании, например, дросселированием канала, увеличением частоты вращения червяка экструдера. Однако такой способ может привести к преждевременной вулканизации смеси в канале головке, что как правило приводит к поломке оборудования. На рис. Применение вибровоздействия не всегда ставит целью значительного повышения температуры экструдата. Зачастую главная цель это снижение гидравлического сопротивления профилирующего канала и целенаправленное изменение реологических свойств резиновой смеси. Множественные исследования процессов виброформирования , показали эффективность такого метода при производстве длинномерных изделий из резиновых смесей. Снижение гидравлического сопротивления профилирующего канала экструзионных головок можно осуществить применением ультразвуковой виброэкструзии , или использованием гидродинамической смазки ,. Преимущество ультразвуковых частот вибровоздейстия заключается в возможности его применения непосредственно в профилирующей части канала. Эффект высокочастотного вибровоздействия заключается в значительном уменьшении трения смеси на вибрирующей поверхности , при этом выравнивается профиль скорости потока. В результате появляется возможность увеличивать скорость экструзии при сохранении давления профилирования. Существенным недостатком ультразвукового виброформования является высокая стоимость генераторов ультразвука и технические сложности исполнения осцилляторов колебаний в профилирующей части головки экструдера, особенно при производстве сложнопрофильных, массивных заготовок . Особый интерес представляют так называемые сдвиговые головки к экструдерам , где в качестве источника дополнительного разогрева резиновой смеси используется энергия диссипации перерабатываемого материала, подводимая со стороны вращающихся дорна или цилиндра. На рис. Принцип действия каждой схемы основан на создании дополнительного сдвигового напряжения в резиновой смеси при ее течении в коаксиальном зазоре между двумя цилиндрами. Рис. Рис. При этом интенсивность преобразования энергии за счет внутреннего трения зависит от скорости вращения цилиндров, величины коаксиального зазора и вязкостных свойств перерабатываемого материала. Анализируя показанные схемы сдвиговых диссипативных головок можно сделать выводы о преимуществах и недостатках той или иной схемы. В схеме А диссипативная область образована неподвижным цилиндрам и вращающимся дорном, являющимся продолжением червяка экструдера. Вращение дорна не требует дополнительного привода и схема достаточно проста. Однако она исключает регулировку интенсивности воздействия на смесь независимо от привода червяка и вызывает трудности подвода или отвода тепла к вращающемуся дорну. В схеме Б оба недостатка схемы А устранены, но образование угловой формы канала создает дополнительное гидравлическое сопротивление головки и вызывает появление застойных зон перерабатываемого материала в месте изгиба. Поэтому более оптимальной конструкцией является, представленная на рисунке схема В. Применение в процессах экструзии сдвиговых головок не только расширяет возможности регулирования процессов и создает оптимальные условия ведения профилирования, но и дает возможность получения массивных по толщине более мм заготовок высокого качества с последующей вулканизацией в неагрессивной, например, воздушной среде . При профилировании трубных заготовок бывает сложно сохранить форму полуфабриката до начала вулканизации в силу малых жесткостных свойств применяемых резиновых смесей. В этом случае является важным минимизировать время между процессами профилирования и вулканизации. Одновременно с этим, если на этом промежутке заготовка будет подвулканизована, то ее форма в термопечи сохранится, а следовательно повысится качество изделия и будет интенсифицирован сам процесс. Рис. Рис.