автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Расчет распределительного участка кольцевых экструзионных головок

РГО од

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ ХИМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

к На правах рукописи

УДК 678.053.3

МОЗЫРСКИЙ Виктор Ильич

РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УЧАСТКА КОЛЬЦЕВЫХ ЭКСТРУЗИОННЫХ ГОЛОВОК

Специальность 05.04.09 — Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА — 1993

Работа выполнена в УкрНИИгшастшш г. Киев и на кафедре "Газодинамика компрессорных и криогенных машин" Московской Академии химического машиностроения.

Научный руководитель

Официальные оппоненты

-доктор технических наук, профессор ТрОЕКНН O.A.

-доктор технических наук, профессор Скуратов В.К.

>•

-кандидат технических нау! старший научный сотруднш Караганов Л.Т.

Ведущее предприятие -ПО "УкрНефть" г.Киев.

защита диссертации состоится ¿¿¿и&м 1993 года

в г/ часов на заседании специализированного совета К 063.44.0] при Московской Академии химического машиностроения по адресу: 107884, Москва, Б-66» ул. Ст. Басманная, д. 21/4.

С диссертацией иоано ознакомиться в библиотеке Ыосковско! Академии химического иаииностроения.

Автореферат разослан ¿А"

Ученый секретарь специализированного совета кввдидат технических наук

A.A. Пахомов

-3-

ОБЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ Актуальность ггроблегял., Эффективность промышленного производства определяется его экономичности: к качеством продукции. Расход дорогостоящего сырья и фязико-механическио свойства изделия з процессе производства рукавной полимерной пленки в значительной мэре зависят от конструкции каналов спирального распределителя кольцевой экструзиошой голошеи.

Существенная экономия сырья достигается за счет равнотол-щинности пленочного полотна. Равнотолщинность в значительной мерз обеспечивается однородностью потока расплава па выходе из распределительного участка я является одним из основных параметров качества плепки, поскольку дает возмоаность эффективно производить сварку, нанесение печати и другие технологические операции при изготовлении изделий из пленочного полотна.

Высокие физико-мэханические свойства пленки и устойчивость технологического процесса могут бить получонн» если определяемое конструкцией распределителя время пребывания расплава в каналах головки не превышает допустимого из условия термостабильности полимера. Последнее особенно ваяно для производства многослойных пленок пз полимерных материалов, имеющих существенно различавшуюся оптимальную температуру переработки.

Указанные обстоятельства свидетельствуют об актуальности исследований, проводимых с цельа оптимизации конструктивных параметров каналов распределительного участка. В настоящее время в условиях вхождения предприятий в рыночные экономические отно-пения значимость рассматриваемой" проблемы еще более возрастает.

Проведенные в диссертационной работе исследования выполнены в соответствии с "Программой по создании новых видов машин п оборудования для перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса и увеличения их производства в 1588-1995 годах", утвержденной: Советом Гйшистроз СССР 19.04.1988 г.

Цель и задачи наследований. Целью работы является оптимизация геометрии каналов распределительного участка кольцевых зкетрузионных головок, обеспечивающая равнотолщинность полимерной гиешш при допустимом времени пребывания расплава в головке.

В соответствии с данной целью поставлены ц решены следующие задачи:

-4- экспериментально исследованы закономерности течения в каналах спирального распределителя полимеров с различающимися реологическими свойствами;

-на основании проведенных экспериментальных исследований осуществлен анализ распределения и взаимодействия потоков расплава в каналах распределительного участка;

-разработана физическая модель течения расплава на распределительном участке;

-разработаны математические модели расчета геометрии каналов, гидравлического сопротивления распределительного участка и функции распределения времен пребывания (ФРВП) расплава в кольцевой экструзионной головке; ,

-разработана методика оптимизационного расчета геометрических параметров спирального распределителя;

Объекты и методы исследования. В работе исследуется процесс экструзии в кольцевых головках полимеров пленочных марок, течение которых с достаточной степенью точности описывается степенным реологическим уравнением.

В диссертационной работе использовался ряд экспериментальных и математических методов исследования, в том числе метод визуализации и фотометрических исследований течения расплава, методы капиллярной и ротационной вискозиметрии для исследования реологических свойств расплава, метод оптической фотокслори-метрии, физическое и математическое моделирование, численные методы решения систем нелинейных уравнений, методы математической статистики, теории вероятности и др.

Научная новизна.

1. Определено, что при течении расплава в спиральных каналах образуется циркуляционный поток, имеющий высокоэластическую природу для полимеров, проявляющих неограниченный рост продольной вязкости при росте скорости деформации, и .ньютоновскую -для полимеров с ограниченным ростом продольной вязкости. Выявлена зависимость характера циркуляционного течения от формы каверны.

2. Установлено, что- течение расплава в спиральном канале осуществляется до критического сечения, за которым поперечный поток в спирали вымывается осевым потоком в кольцевом канале. Определено, что удельный на единицу длины объемный расход

истекающего из спирали расплава меняется волнообразно по длине канала и волнообразный характер распрэделэния расхода расплава определяется взаимодействием потоков из соседних спиралей.

3. Экспериментально определен спектр времен пребывания расплава в экструзионной головке со спиральным распределителем.

4. Разработана математическая модель расчета ФРВП кольцевой головки в области максимальных значений времен пребывания»

5.Разработана методика оптимизационного расчета распределительного участка кольцевой экструзионной головки.

Практическая ценность. На основании проведенных экспериментальных и теоретических исследований оптимизирована геометрия каналов распределительного участка кольцевых экструзионных головок и создана методика расчета, позволяющая обеспечить равно-толщинность пленочного полотна при допустимом времени пребывания расплава в головке. Использование результатов работы имеет особое значение при проектировании и освоении производств пленок, в том числе и многослойных, из нетермостабильных полимерных материалов.

Внедрение результатов работы. Результаты работы нашли применение при проектирована экструзионных ' головок для полимерных пленок общего назначения, двух- и многослойных пленок, используемых в перерабатывающих отраслях агропромышленного сектора, двуслойных изоляционных лент горячего и холодного нанесения.

Результаты работы внедрены на НГДУ "ЧерниговНефтеГаз" г. Прилукп, что позволило создать производство двуслойных термоусадочных лент для изоляции нефте- и газопроводов.

Апробация роботы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Межотраслевом семинаре "Новые полимерные материалы, применяемые для повышения технического уровня химического оборудования" г. Москва, 1988 г., на Всероссийской научной конференции "Математическое моделирование технологических процессов обработки материалов давлением", г.Пермь, 1990 г. и на Всесоюзной научно-технической конференции "Полимермзш-91й г.Каев, 1991 г., на семинарах и заседаниях НТО УкрКИИпласт-маш и ПО "УкрНефть".

Публикации. По тега диссертации опубликовано II работ, в том числе 2 отчета по законченным НИР, 2 статьи, 3 доклада на

на/чно-технических конференциях, получено 2 авторских свидетельства и 2 положительных решэшш к заявкам на изобретения.

Структура и объем работы, Диссертационная работа состоит из. введения, шести глав, списка использованной литературы, приложения и содержит 161 страницу основного машинописного текста, 46 рисунков на 40 страницах, 14 таблиц на 12 страницах, список литературных источников из 94 наименований на Э страницах и II страниц приложения»

СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проблемы» опрэделена цель Есследовашй, научная новизна и практическая ценность.

Первая глава содержит анализ конструкций кольцевых экстру-зпонных галозок, состояние исследований в области проектирования такого типа головок и постановку задачи диссертационно:' работы.

Отмечается, что конструкция каналов экструзЕохшых головок со спиральным распределителем (рисЛ) доякна обеспечить одао-родпоо слоистое течение расплава на выходе из распределительного участка, л вре?,ш пребывания расплава в каналах головки нэ должно превышать допустимого из условия терностабпльности полимера.

Анализ существующих. экспериментальных и теоретических исследований течения расплава в каналах спирального распределителя показал;

1.В с51сзс-2вущЕХ иетодигас расчета шрслзтром оипг-жзадав каналов спирального распределителя является равномерность осо-вого потока расшива з кольцевом канале. ОееаоЯ лоток рассматривается как сумма астекаидих ш соседних спиральнюс гзнглов вевзаимодейсгвупякх потоков,

2.Параметрический расчет каналов к гкдтаашчоского сопротивления распределителя осуществляется численн^л! методе:«!.

3.Существующие методики расчета геометрии шшалов л ©РВЯ основываются на упрощенных физических моделях., не подтвержденных экспериментально,

4.Объектом теорзтических и экспериментальных исследований времен пребывания являются усредненные пох<азатели без учета распределения по периметру и глубино кольцевого канала.

Б.Экспэрзвгзвтаяьннэ исследования ограничены визуализацией

зення низковязких растворов полимеров а силиконового наела, а юке определением равномерности осевого потока расплава на ходе из головки; характер течения в каналах распределителя и анмодействие штоков не исследуется.

Описанные выше цели и задачи работы Еытокавт из анализа облем и особенностей конструкции оборудования производств лимерных рукавных пленок, а также анализа состояния сущест-щих научно-технических исследований экструзии полимеров в льцевых головках со спиральным распределителем.

Вторая глава содержит результаты экспериментальных исследоний закономерностей течения осевого штока в кольцевом канале д спиральными каналами. Течение осевого потока моделировалось чением расплава з кавернах.

Для проведения исследований использовались полиэтилен зкой плотности ГШ марки 10803-020 ГОСТ 16337-77, полиэтилен ;сокой плотности ПВП марки 276-73 ГОСТ 16338-85 и атеистический штропилен Ш марки 21030-16 ГОСТ 26996-83»

Экспериментальный стенд включал зкетрудэр и длоешцелевуо >ловку. Верхний полукорпус и боковые стенки головка имели окна т паблвдония и подсветки. На нзшшй полукорпус устанавливались юти с выголненшгш в них кавернами.

На рис.2 представлены линии токае паблвдаемые при течения ершвенпых частиц расшава ПНП в кавернах с прямыми, наклонешми направлении течения н в направлении, противополагаем направле-п) течения, боковыми стенками.

Для достаточно глубоких.каверн мояно выделить:

1) зону осевого потока частично заполняыцув каверну;

2) зону щфкуляции в пространстве каверны:

3) застойную зону на дна каверны.

Анализ визуализации течения расплава ПНП в кавернах позво-яет сделать следующие выводы:

1 .Зона циркуляции ПНП прилегает к стенке, образующей ■ уаение потока.

2. Образование циркуляционного потока происходит при нжзких коростях течения.

3. Глубина и форма каверны существенно влияю? на характер очеши расплава. С уменьшением глубины исчезает застойная зона.

Дыгее уменьшается и полностью "исчезает зона циркуляции. При наклоне боковых стенок каверны в направлении течения осевого потока (рис.26) пространство, занимаемое зоной циркуляции, увеличивается. Наоборот при наклоне боковых стенок в сторону, противоположную направлению течения осевого потока (рис.2в), зона циркуляции уменьшается и возрастает пространство, занимаемое застойной зоной.

Анализ фотосъемки движения трассера показал, что интенсивность циркуляции ВВП существенно ниже, чем ПНП и атактического ПЛ. Предполагается различие природы образования циркуляционного штока в зависимости от реологических свойств материалов. Высокоэластическая циркуляция характерна дцш полимеров с неограниченным ростом продольной вязкости при роста скорости деформации, например дня ПНП н атактического ПП, и наоборот, ньютоновская -для полимеров с ограниченным ростом продольной вязкости, например для расплава ШП.

Третья глава посвящена описанию экспериментальных исследований распределения потоков и времен пребывания расплава в экс-трузионной головке.

Исследования проводились на стенда (рис.3), включающем два червячных пресса и кольцевую акструзнонную головку. Головка. комплектовалась пятью распределителями, различающимися формой и геометрией каналов, ш золотниковым устройством, позволяющим использовать две схемы запнтки головка расплавом.

В исходном состоянии экструзионная головка запитывалась от двух прессов: четыре спиральных канала -от пресса с неокрашенным расплавом ПНП, а пятый- от пресса с окрашенным полимером той Ев марки. При этом на получаемом пленочном полотне появлялась окра-яенная полоса. В определенный фиксируемый момент переключением золотника все пять спиральных каналов запитывались неокрашенным расплавом в начинался отражаемый на пленке процесс вымывания красителя из головки (рис.4).

Визуальные исследования положения окрашенной полосы по ширине в толщине пленочного полотна позволили:

I) подтвердить» что осевой поток в кольцевом канапе образуется в результате послойного слияния потоков истекающих из соседних спиралей;

-92) установить, что положение линии, ограничивающей окрашеннув полосу, соответствует угловому положении сечения спиралей с одинаковой "критической" глубиной для всех пяти распределителей.

Длина спирального канала от места запаттси до "критического сечения" является рабочей длиной, в пределах которой поперечный поток формируется расплавом, заштываэдим спиральный канал. За "критическим сечением" последний "вышт" осевым потоком.Угловоэ полоаеше "критического сечения" характеризуется эффективным утлой охвата спиралью поверхности распределителя.

Для исследования характера распределения расхода расплава в каналах головки методом оптической фотоколориметрии определялось поперечное распределение красителя в окрашенной полосе пленочного полотна. Для исследования времен пребывания расплава определялось продольное распределение красителя в пленочном полотне при вшивании окраиенного расплава из головкя.

Исследование распределения красителя по периметру пленочного полотна до начала процесса вымывания показало неравномерный волнообразный характер истечения расплава из спирального канала в кольцевой (рис.5). Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что волнообразный характер распределения расхода расплава, истэкаЕцэго из спирального канала, является следствием взаимодействия в кольцевом канале потоков из соседних спиралей«. В результате взаимодействия за счет сил вязкого трения происходит перераспределение потоков и в кольцевом канале обеспечивается однородный суммарный поток (рис.5), минимизируются потери энергии на преодоление гидравлического сопротивления головки. Приведенный вывод подтверждается анализом влияния реологических свойств полимера на равнотолщинность пленки, свидетельствующим, что для высоковязких расплавов осуществляется более эффективное взаимодействие и перераспределение потоков. Как следствие, достигается высокая степень равнотолданности пленочного полотна.

Анализ экспериментальных исследований позволил сформулировать следующие положения физической модели течения расплаиа в каналах распределительного участка:

-течение расплава в распределительном участке представляет совокупность течения в спиралях в направлении, поперечном экструзии, и осевого течения в кольцевом канале;

Рис.1. Кольцевая экструзионная головка: а -схека каналов, б -развернутал схема распределительного участка.

направление течения

Рис.^. Линии тока расплава ШШ в кавернах: а - с прямыми стенками, б и в -с наклоненными стенками.

-течениэ расплава в спиральном канале характеризуется наличием зоны циркуляции и осуществляется до определенного сечения ("критического") с координатой $ , за которым поперечный поток в спирали "вымывается" осевым потоком в кольцевом канале;

-истечение расплава из спирального канала з кольцевой осуществляется по всей длине спирали до "критического сечения" и волнообразный характер распределения расхода истекающего расплава определяется взаимодействием потоков;

-осевой поток в кольцевом канал© образуется в результате послойного слияния потоков, истекающих из спиральных каналов в кольцевой, и представляет собой течение над рядом каверн»

Четвертая глава содержит вывод соотношений для расчета геометрии каналов спирального распределителя экструзиснных головок, предназначенных для переработки полимерных материалов, течение которых хорошо описывается степенным реологическим уравнением

(I) .

где 1- напряжение сдвига» у- скорость сдвига,

п- индекс течения и ц- коэффициент консистенции расплава. . При разработке расчетной модели была поставлена цель обеспечить оптимальные условия для перераспределения взаимодействующих потоков расплава. Это обеспечивается тем, что геометрия каналов рассчитывается исходя из условия равномерного истечения расплава в кольцевой канал по всей длине спирали в соответствии с исходными соотношениями:

а) удельный объемный расход потоуа, заполняющего кольцевой канал из спирального канала в сечении с угловой координатой ф 0о 360°

ктешс ц> , если 0$|^360°/к

Ча(Ч>>-

°о » 0 (2)

2«Н~ш , если 360°/к<Ф<ф

1ф ' ^ Чф

б) удельный объемный расход потока в кольцевом канале, заполняющем спиральный канал в сечении с угловой координатой ф из располохеняой визе соседней спирали

• 0 , если 0$К360°/к

Ч0 (ф-360°/к) (3)

2531 , если 360°/к<ф<ф

кр т ткр

в) объемный расход потока в сечении спирального канала с

угдовой координатой ф

<3<Ф)*0а(1-ф/<1> )/к . (4)

О 1>Р

Равенства (2)-<4) дополняются условием одномерности течения расплава в кольцевом канале (рис.1)

(Йр'/Й2)а1Па(1)))=йр/(11 . (5)

Учитывая (I)-(5), получаем аналитические выражения, определяющее геометрию каналов (6) и (7) и гидравлическое сопротивления (8) распределительного участка: ез начальном участке 0$ф^360°/к

и,ога(ф)з1па(ф) Г 2*Д(ф)(ф-фкр)Ш(ф)]г1

Н(ф ) " [ 360Ьи.)1а(ф)]2Рр п(ф)] ; (6)

ев участке 360о/гк<ц«19„^

Кр

а,тгЕ(ф)а1лъ3(ф) Г 2«(1-ф/фкр)Н(ф)[Е(ф)12' ' Н(ф) " ~ [ кЬ(«)[а(4>))гРт> («¡О

в 360/к а

[2(2ш-1)1 Г г Г 0о 360] 1 2*Н(ф)

(7)

2яй(ф) й

1Н(ф)]гп+1 360

Гкр Г Я, ф 1" 1 2яй(Ф)

_о_ — --- -*&*(фХ1Ф (8)

4/к|. 2«Щф) фКР] ЕЕ(ф)] к 360

В соотношениях (2)-(8) С!о~ объемный расход расплава в готовке, Л(ф) и Й(Ф)-радиус и глубина кольцевого канала. а(ф) и Ь(ф) -ширина к глубина спирального канала, <х(ф) -угол наклона спиральной нарезки, к-количество спиральных каналов, коэффициент в, учятыаает долю длины поверхности гребней в обшей длине спиральной нарезки, а коэффициент т2 учитывает гидравлическое сопротивление осевому потоку на участках впадин.

Эксаэрнментальное проверка соотношения (8) для расчета ГЕдравлет5с:<0Г0 сопротивления осуществлялось на лабораторном стенде, вхзочаиаэм экструдер и кольцевую головку, снабженную датчиками для измерения гидростатического давления и температуры расплава.

Показано, что расхождение экспериментальных и расчетных значений гидравлического сопротивления распределителя для различных рекжэв течения расплава ПНП составляет менее 6%.

Сравнительный анализ показал, что погрелкость предлагаемой

-1а-

методики расчета гидравлического сопротивления не превышает погрешности известных более слоеных методик.

В пятой глава предложен вывод соотношений для расчета. ФРВП кольцевой экструзионной головки. Система каналов головка была разбита на три участка: участок радиальных каналов, участок спиральных каналов и кольцевой канал. При выводе соотношений ФРВП радиальных (9) и кольцевого- (II) каналов было получено

[,. А***!.]

1 1 1 I п+1 . (9)

¡1+1 1я Г2 t--- °

10 зш-1 а /к , (Ю)

о

п

0,61ц> п г Ц0(Ф)ЦП+1Г П Р3(Т311|>)=1---И 1-1-^0- 1+--зо_ (П)

3 3 360° I тз I П+1 т3

г •

(<!>)= I [(п+1)/(2п+1)Н2*Н(2!)1г(г;)/ОпЗ<12. (12)

2 (ф) 0

СП

1,0и 1э0-гшшмйльные времена пребывания частиц расплава на соответствующих участках каналов головки. *

В последнем выражении координата сечения спирального канала

я' (ф)=г -а(ф )+2*й 1®*-(ф/360) . (13)

си о кр о

На распределительном участке в соответствии с описанной физической моделью осуществляется сложное нэоднсмерное течение расплава. Для построения ФРВП спиральных каналов были приняты следующие допущения:

-геометрия' распредэльного участка обеспечивает равномерное истечение расплава ' из спирального канала в кольцевой в соответствии с соотношения!® (2)-(4).

-глубина спирального канала равномерно убывает по его длине от начального значения Ъо в месте запитКи до значения Ъ в "критическом сечении* с координатой фкр.

-для ФРВП спирального канала' выполняется соотношение (9), полученное для круглого цилиндрического канала.

Эти допущения позволили определенным образе»! привести ФРВП расплава, истекащего из элемента спирали, имеющего утловув

/•'Л

-Д '• Л\ •'О-;'..),''.

№

уШ'

-"' . —?.-

.ТеИС.

7*24 Ос

Т^ЗбОс

Т*4б0с

[;Щс

-"не.

Стенд для исследования распределения потоков у. времен пребывания.

с

0,05 о,оз о,о1 с 0,03 0,0! с

0.03

оо; с

о.оь 0.02

X— —- х"

Т= 360с

х

ТМ80с

---X--X

Т=6Шс

¿¡-О

¿45,2 лз,е тр т,4 гагл Vе

Зкс.4. Распределение красителя в пленочном полотне при

вымывании окрашенного расплава из каналов головки.

X

Ркс.Ь. Распределение расплава по периметру головки.

координату ф, к соотношениям для ДОВП элемента йф в зона запзтки спирального ¡санала с нулевой угловой координатой и получить окончательное соотношение для распределительного участка в виде

2п

1 1П+'

Ур(Т„ф)- го

1 [1- ^ I

- ■

Г1 + ^ 120 1 Йф

I л+1 «Тг ] фяр , (14) где минимальное время пребывания расплава в элементе йф п+1 я(Ь-Ъи )к г2о " Зп+1 н ЙФ , (15)

а отношение времени пребывания частицы в спирали ко временя се пребывания в элементе спирального канала в зоне запятки Ь(ф) ( ф Ь.

^шоУ

Г Ь 1 Ф Ь <" Н)/ф 1 _*р| I---1л 1- —

I ь ] йф ъ [I-ф/ф!

•кр

- р J вЧ' , /тс\

о >. • . ! Кр' ■ ; (ХЬ)

В выражениях (II) я (14) учтено, что ФРВП в кольцевом и спиральном канале- интегральные функции распределения двумерной случайной величины с переменными Т и ф.

При выводе ФРВП головки рассматривался интервал спектра о максимальными значениями времен пребывания (для частиц, истекавших в кольцевой канал вз спирального на участке его окончания)„

Учитывая циркуляционный, характер' точения расплава >з сгга-л рали, было принято допущение, что истечение из пое з кольцевой канал равновероятно дня всех частиц расплава; @РВП головки определялось как распределение вероятностей суммы независимых случайных величин

,-й / X Г,(Т? „-Т_вф)с1Р-(Т„,ф) . (.17)

У1.з<Т1.3Ь, Г ?,<1-*2_з>®г-з<тг-з> • <18>

10 20+ 30

Для проверка полученных соотношений программа расчета ФРШ била откорректирована з соответствии с условиями проведении эксперимента по вымыванию скрашенного расплава.

Возможность сравнения экспериментальных з расчетных данных основывалась на том, что но Физической сущности концентрмдая 1срасителя в образцах пленки соответствует доле расплава, ннэщай время пребывания в головке, превыззлдае вро:я выкызания. ¥сгл.нсз-

лено, что расхождение экспериментальных и расчетных значений не превышает 103. в достаточно широком диапазоне времен пребывания.

Используя полученные расчетные соотношения, проведен анализ зависимости ФРВП и гидравлического сопротивления распределительного участка от параметров геометрии каналов и объемного расхода расплава в головке.

В шестой главе представлена методика оптимизационного расчета распределительного участка и описаны конструкции кольцевых экструзпонкых головок, спроектированных с применением разработанной методики.

■ Предлояенная методика позволяет безусловно обеспечить выполнение соотношений (6) и (7) параметрического расчета каналов и итерационными методами расчета определить максимальный угол охвата спиралью поверхности распределителя при допустимых значениях времен пребывания расплава в головке и допустимых деформациях расплава., не приводящих к высокому уровни накопленной упругой составляющей энергии потока. В качестве меры времени пребывания расплава в головке принимается функция распределения времен пробавашш ®РВП8 а в качестве меры высокоэластических свойств расплава -критерий Вэйссенберга Ие.

ЕЫВОДК

1. При экспериментальном исследовании течения в каверне расплавов полиэтилена высокой в низкой плотности и атактического полипропилена обнаружено образование циркуляционного потока. Определено влияние реологических свойств расплава на природу циркуляционного течения. Высокоэластический характер циркуляционного течения проявляют полимеры с неограниченным ростом продольной вязкости при росте скорости деформации, и ньютоновский- полимеры с ограниченным ростом .продольной вязкости.

2.В ходе проведения экспериментальных исследований определено влияние формы каверны на характер циркуляционного течения. Установлено, что наклон боковых стенок каверны в направлении точения приводит к увеличении, а наклон в ■ противоположную сторону -к уменьшению площади зоны циркуляции. .При уменьшении глубины каверны до критической осевой поток заполняет пространство каверны и зона циркуляционного течения отсутствует.

3.Экспериментально исследовано распределение и взаимодействие потоков на распределительном участке экструзионной головки. Подтверждено, что осевой шток в кольцевом канале образуется в результате послойного слияния потоков, истекающих из спиральных каналов. Определено, что течение в спиральном канале характеризуется наличием зоны циркуляции и осуществляется до "критического сечения". За "критическим сечением" поперечный потек в спирали "вымывается" осевым. Установлен волнообразный характер изменения по длине спирали удельного на единицу длины объемного расхода истекающего из спирального канала расплава. Показано, что причиной такого распределения является взаимодействие потоков за счет сил вязкого трения.

4.Экспериментально определено распределение времен пребывания расплава в каналах головки.

5.На базе проведенных экспериментальных исследований .разработана физическая модель течения расплава на распределительном участке.

6.Предложены оптимизирующие соотношения для расчета геометрических параметров каналов и экспериментально' подтвержденные аналитические соотношения для расчета гидравлического сопротивления распределительного участка экструзионной головки.

7.Предложены и экспериментально подтверждены соотношения для расчета ФРВП расплава в каналах экструзионной головки в области максимальных времен пребывания.

8.Разработанная методика оптимизационного расчета распределительного участка позволяет определять параметры геометрии каналов распределителя, обеспечивающие максимальную равнотол-щинность пленки при допустимом времени пребывания расплава в головке.

9.На базе проведенных исследований оптимизированы каналы распределительного участка кольцевых экструзионных головок. Результаты работы были использованы при разработке в УкрНИИпласт-маш г. Киев конструкций головок для производства двуслойных термоусадочных пленок инд. 997536-01.00.000 и 199004-01.00.000, двуслойных изоляционных материалов холодного нанесения инд. 997521-00.00.000, двуслойных инд. 593738- 00.00.000 и многослойных инд. 593749-02.00.ООО пленок, предназначенных для перераба-

тыващих отраслей агропромышленного комплекса, а также при созданий производства двуслойных изоляционных лент на НГДУ "ЧэрниговНефтеГаз'1 г. Прилуки.

Ооновкоэ содорег.ашю работы опубликовано в работах: ).Положительное решение £1856690/05 (СССР)от 22.05.91. ИКИ В290 47/20» Экструзпонная головка /С.Б.Котов, В.А.Сенатос,

B.И.Мозырский.-Заявлено 01.08.1990, получено 27.02.91. Не опубл.

2.Ав„ св. 1682197 (СССР), МНИ В29С 47/20. Экструзионная головка/

C.Б. Котов, В.А. Сенатос, В.И. Ыозырский.- Заявлено 31.07.1989, £-1724783/05„ опубл. в Б.И., 1993, HZ .

3.АВо св. J.752569 (СССР), НИИ В29С 47/20. Экструзионная головка/

C.Б. Котов, В.А. Сенатос, В.И» Мозырский.- Заявлено 18.12.1989, £4770395/05 v не опублиновано.

4сПологзгге льнов роиэниз #4951549/05 (СССР)от 22.05.91с МНИ В29С 47/20. Экструзионная головка./ С.Б.Котов, В.А.Сенатос,

D.H.Ыозырский.-Заявлено 22.05.1991, получено 30.10.91. Но опубл.

5.Мозырски£ В.И., ICotob С.Б., Сенатос В.А., Скачков В.В. Расчет распределительного участка кольцевой экструзионной головки со спиральными распределительными каналами //Химическая технология.

• -1990, -Ä4.-С. 51-55.

6.Козырскнй В.И., Котов С.Б., Сенатос В.А., Скачков В.В. Конструирование кольцевых головок для экструзии наполненных полимеров //Химическая технология.-I99I.-J52.-С.41-55.

7.Ыозырский В.И. „ Котов С.Б., Сенатос В.А., Скачков В.В. Расчет распределительного участка кольцевой экструзионной головки //Математическое моделирование технологических процессов обработки материалов давлением: Тез.докл. Всеросийсяой научн.-техн. конф.-Перль,, ISSO г.

в.Мознрский В.И.с Котов С.Б.» Сенатос В.А., Петухов А.Д. К расчету распределительного участка кольцевое экструзионной головки //Всесоюзная научно-техническая конференция "Полимармаш-91". -Киев'р 1991г, Тез. докл.