автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Экструзионная установка для производства изделий из высоконаполненных полимерных композиций

На правах рукописи

БРЕДИХИН АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ЭКСТРУЗИОННАЯ УСТАНОВКА Д ЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (строительство)

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

»

I

Белгород-2003г.

Работа выполнена на кафедре механического оборудования Белгородского государственного технологического университета имени В.Г. Шухова.

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор

Научный консультант -кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

В.С. Богданов И.А. Дбггев

A.В. Туренко

B.С. Лесовик

Ведущая организация:

Орловский государственный технический университет (ОрелГТУ)

Защита диссертации состоится « 17 » сентября 2003 г. в 10 часов на заседании совета Д 212.014.04 при Белгородском государственном технологическом университете имени В.Г. Шухова. (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46 Главный корпус, ауд.242)

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Белгородского государственного технологического университета имени В.Г. Шухова.

Автореферат диссертации разослан «. _» [ЫОлА^Л 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

М.Ю.Ельцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В последнее время в нашей стране, да и во всем мире остро стоит проблема утилизации промышленных и бытовых отходов полимеров. По имеющимся сведениям, мировое потребление только поливинилхлорида в 2002 г. составило 25,6 млн.т. Актуальность использования полимерных отходов в строительных материалах и изделиях связана, в первую очередь с проблемами сохранения окружающей среды, а также с проблемой ресурсосбережения. В настоящее время широкое распространение получило использование отходов полимеров в промышленности строительных материалов. Особенно перспективным направлением утилизации является получение высоконаполненных пластмасс, которые могут использоваться как строительные композиционные материалы.

Наиболее распространенными агрегатами для получения высоконаполненных пластмасс являются шнековые прессы (экструдеры). Наряду с достаточно высоким качеством получаемых композитов, эти машины сравнительно дешевы и просты в исполнении, в отличие от аппаратов для поли-меризационного наполнения полимеров. Они обладают низкой металлоемкостью; низкой энергоемкостью; позволяют получать широкий ассортимент экструдируемых профилей. Ещё шнековый пресс обладает большей производительностью по сравнению с другими видами экструзии (дисковой, плунжерной). Эти прессы перерабатывают практически все виды термопластов. Несмотря на давнее применение шнековых прессов для производства высоконаполненных пластмасс, технологический процесс формования изучен в них недостаточно, не существует универсальной методики расчета шнековых прессов для производства высоконаполненных пластмасс. В настоящее время очень мало разрабатывается машин для переработки не чистых полимеров, а именно высоконаполненных пластмасс. Также применяемые в настоящее время прессы и зкструзионныф »^йвУ^ИОйУ^ШИб^нове

БИБЛИОТЕКА Г

С. Петербург ОЭ

имеют следующие недостатки: заклинивание пресса; резкое повышение потребляемой двигателем мощности в момент выдавливания смеси; залипание массы на шнеке; проворачивание смеси вместе со шнеком; образование застойных зон в профилирующей головке. Указанные недостатки потребовали дальнейшего изучения процесса экструзии высоконаполненных пластмасс.

Цель работы. Совершенствование конструкции экструзионного пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс, определение его рациональных конструктивных, энергетических и технологических параметров на основе разработанных математических моделей.

Для достижения поставленной цели в работе были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Разработать математические модели для расчёта конструктивно-технологических параметров экструзионного пресса для изготовления изделий из высоконаполненных пластмасс.

2. Установить теоретически и экспериментально зависимости производительности, мощности пресса и прочности получаемых изделий от диаметра выходного отверстия профилирующей головки, шага шнека, частоты вращения шнекового вала и температуры нагрева корпуса, провести проверку в лабораторных условиях разработанных математических моделей и методики расчёта.

3. Исследовать различные режимы работы экструзионного пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс с целью улучшения процесса экструзии.

4. Разработать инженерную методику расчета основных конструктивно-технологических параметров экструзионного пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс.

5. Усовершенствовать конструкцию экструзионного пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс.

Научная новизна представлена математическими моделями, Позволяющими определить мощность, производительность пресса, давление в профилирующей головке, с учетом конструктивно-технологических параметров пресса и физико-механических свойств перерабатываемого материала; уравнениями, описывающими тепловой баланс процесса экструзии высо-конаполненных пластмасс, с учетом температуры нагрева компонентов смеси и корпуса, эффективной вязкости смеси; результатами экспериментальных исследований в виде уравнений регрессии, позволяющих опредёлйть оптимальные соотношения для конструктивных и технологических параметров.

Автор защищает: 'о™"

1 .Математические модели для расчёта конструктивно-технологических параметров экструзионного пресса для производства изделий из высоконапол-ненных пластмасс.

2.Уравнения, описывающие тепловой баланс процесса экструзии высокона-полненных пластмасс, с учетом температуры нагрева компонентов смеси и корпуса, эффективной вязкости смеси.

3. Результаты экспериментальных исследований: в виде уравнений регрессии по определению производительности и мощности пресса, а также прочности изделий от диаметра выходного отверстия с1, м;.шага шнека Ь, м; частоты вращения шнекового вала п, с-'; температуры нагрева корпуса, °С.

4.Инженерную методику расчета основных конструктивно-технологических параметров экструзионного пресса и процесса экструзии.

5. Конструкцию экструзионной установки для производства высоконапол-ненных пластмасс.

Практическая ценность работы заключается в: разработке инженерной методики расчета основных технологических, конструктивных и энергетических параметров экструзионного пресса; рекомендациях по выбо-

ру рациональных технологических режимов работы пресса и разработке программного обеспечения для определения рациональных режимов работы по каждому фактору варьирования; разработке новой конструкции экструзи-онного пресса, внедрение; которого обеспечивает снижение содержания полимера в композиции до 5%.

Внедрение результатов работы. По результатам диссертационной работы, была разработана конструкторская документация на промышленный обрйзец экструзионного пресса для производства высоконаполненных пластмасс производительностью до 120 кг/ч. Данная установка апробирована на линии по производству полимер-песчаной черепицы в ООО «Политехст-рой». Экструзия производилась с целью получения гомогенизированной полимерной композиции с максимально возможным значением прочности на сжатие полимер песчаных'изделий. Получены положительные результаты.

Апробация работы. Диссертационная работа проводилась в БГТУ им. В.Г.Шухова на кафедре механического оборудования. Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры механического оборудования на экспериментальной установке экструзионного пресса для производства высоконаполненных пластмасс. Основные результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях, проводимых в БелГТАСМ: "Вторые шуховские чтения" в 2000 г.; "Седьмые академические чтения РААСН" в 2001 г.; на Научных семинарах ФМО; на техническом совете ООО «Политехстрой».

Публикации. По результатам работы опубликовано 9 печатных работ, принята заявка на патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержащего основные результаты и выводы. Работа включает 180 страниц, в том числе 145 страниц машинописного

текста, 15 таблиц, 51 рисунок, список литературы из 132 наименований и 6 приложений. ' ' "

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы диссертации, указана научная новизна, практическая значимость и изложены основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Проводится анализ существующих в настоящее время технологий и техники для произволе 1ва высоконаполненных пластмасс. Дан сравнительный анализ существующих конструкций машин для производства высоконаполненных пластмасс, указаны их недостатки, отмечено, что одним из' направлений дальнейшего совершенствования конструкций агрегатов данного типа является разработка конструктивно-технологических решений, позволяющих повысить качество готовых изделий и устранить стадию до-прессовки экструдата на гидравлическом прессе. Для решения данной задачи была разработана новая конструкция устройства для получения изделий из высоконаполненных полимерных композиций (рис. 1), снабженная калибрующей перфорированной насадкой для подвода смазывающей эмульсии и охлаждающей насадкой.

С целью повышения качества готовых изделий, устройство снабжено калибрующей перфорированной насадкой 12 для подвода смазывающей эмульсии, которая позволяет снизить шероховатость изделий. Получение изделий товарного вида без дополнительной допрессовки, обеспечивается охлаждающей насадкой, состоящей из последовательно собранных секций 13, 14, 15, 16, каждая из которых снабжена коллектором для подвода охлаждающей жидкости.

Отмечено, что существующие в настоящее время методики для определения энергетических и технологических параметров экструдеров для производства пластмасс, неполно, а зачастую и неверно отражают процесс экс-

трузии высоконаполненных пластмасс и пригодны только для чистых полимеров. С целью получения достоверной информации о рабочем процессе, проходящем в шнековом прессе для производства высоконаполненных пластмасс, необходима разработка математических моделей для расчета основных параметров пресса

Рис. 1 Устройство для получения изделий из высоконаполненных полимерных композиций.

1, 2, 3 - Бункеры - дозаторы для компонентов смеси,4 - шнековый питатель, 5 - профилирующая головка, 6 - рабочий цилиндр, 7 - приводной шнек, 8 -комплект нагревателей, 9 - термоизол лруюь'ий корпус, 10 - загрузочный бункер, 11 - рама, 12 - калибрующая перфорированная насадка, 13, 14, 15. 16 - секции охлаждающей насадки, 17 - термоизолирующий материал, 18 - конусообразная труба, 19 - отрезное устройство, 20 - приемный рольганговый

Глава 2. Представлены результаты теоретических исследований. С целью получения достоверной информации о рабочем процессе, проходящем в шнековом прессе для производства высоконаполненных плаошасс, были разработаны математические модели для расчета основных энергетических, технологических и конструктивных параметров пресса Следует сказать, что ранее таких моделей не существовало, были известны модели для расчета

V

1

стол

оборудования при производстве и переработке, обычных не наполненных пластмасс.

При экструзии любых полимеров очень большое влияние на технологические параметры оказывает величина эффективной вязкости перерабатываемого материала, которая описывается следующим уравнением:

АрК

е

(о

где Ар - перепад давления в профилирующей головке, Па; ц - величина эффективной вязкости, Па*с; К - коэффициент формы профилирующей головки, см3; Q - величина производительности, см3/с.

-^гмж»«*)'*

—»—ПНД(7б«>*мел (30%)

-НЁ^янй.

—¥г— Пйяипеспипеи

.....ПНД25%) +

ю 100 юоо

градиент скорости, с"'

Рис. 2 Зависимость эффективной вязкости от градиента скорости для различных материалов.

Значения эффективной вязкости при одинаковых значениях градиента скорости у кварцпласта (композиция 5) гораздо ниже, чем у предыдущих, это связано с тем, что, во-первых, данная композиция имеет большую плотность (1100 -1500 кг/м3); во-вторых, в ней большое содержание наполнителя, причем наполнитель очень твердый и абразивный, что сильно снижает эффективную вязкость; в-третьих, эта композиция обладает при разогреве

пластичными свойствами, т.е. она имеет очень низкую текучесть, ближе по своим характеристикам не к полимерам, а к силикатным массам и глинам. Необходимо ввести усредненный поправочный коэффициент ку, который будет учитывать пластичную составляющую нового материала. Для определения коэффициента ку воспользуемся вспомогательной таблицей 1.

I

Таблица 1

Материал Градиент скорости 101 с"1 Градиент скорости 102 с"1 Градиент скорости 103 с"'

1 .Эффективная вязкость ПНД 2300 800 220

2.Эффективная вязкость полипропилена 1800 600 160

3.Эффективная вязкость композиции «Кварцпласт» 700 300 50

4.Отношение 1./3. 3,285 2,667 4,4

5.Отношение 2./3. 2,571 2 3,2

Среднее значение 4. и 5. 2,93 2,33 3,8

Усредненный коэффициент ку 3,02

Пластичные свойства нового материала, требуют введения ещё одного поправочного коэффициента К„ = (0,3...0,6), учитывающего неравномерность питания, проворачивание массы вместе со шнеком, залипание массы на шнеке.

Уравнение энергетического баланса экструзионного пресса, работающего в установившемся тепловом режиме с постоянной производительностью, имеет вид:

Е +а +Ок АрУ = М + Е , (2)

пар Чпот ^"н'-т" н "и7 4 '

где Е„ер—энергия, необходимая для переработки высоконаполненного полимера, Вт; цтт—потери теплоты в окружающую среду, Вт; () - производи-

тельность шнекового пресса, кг/ч; к„ - коэффициент, учитывающий неравномерность питания, проворачивание массы вместе со шнеком, залипание массы на шнеке; Ар—разность давлений на входе и выходе винтового канала, Па; V—удельный объем полимера, м3; ¿V,,— мощность нагревателей шнекового пресса, Вт; - энергия, выделяющаяся в полимере за счет вязкого трения, Вт.

На основании теплового баланса процесса экструзии получаем уравнение для расчета мощности, необходимой для нагрева полимера до определенной температуры: Ыи = а +

+ 1,3-иУ'26 +Щ1111сто£пов(С-С) +

+ У„Ж ~Кпз) ^ ЯАЖ ~Коз) ! ~Коз) |

+ 1-1 1-1 н

ц *н ц п п

г л"2/)2(Ьн -тсп)(соб2 <рс1%(р + 451п^соз^)[1 -+ ЬЩ„ЫХ -1ах) +

Д.с««-'-)"

лгОгс„1р(11,ю 1-е

(Ь„ - тс„ )И3 яп 2срАр2^ -1] 2а, 1Э/Рср +---——-- +-п, (3)

(Кых - /„) рпКн + (р)

где п - частота вращения червяка, с"1; а„ - производительность шнекового пресса за один оборот шнекового вала, кг; Дг'я - изменение энтальпии полимера в процессе переработки, Дж; а„ - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2-С°; 5иов - поверхность теплообмена, м2; ?„„„ - температура поверхности теплообмена, С; гш - начальная температура, С; Д, - диаметр

цилиндра пресса, м; е„ов - приведенная степень черноты излучающей поверхности цилиндра шнекового пресса; /ч - длина цилиндра, м.

Используя схему, приведенную на рис. 3 определяем мощность привода, производительность и давление в профилирующей головке пресса.

Рис. 3 Расчетная схема шнека.

D - диаметр шнека, м; е - глубина винтового канала, м; Ь - ширина гребня шнека, м; h - шаг шнека, м; (р - угол подъема винтовой линии шнекового вала, град.; 6 - зазор между гребнем шнека и рабочим цилиндром, м.

Мощность привода пресса определяется по ниже приведенной формуле:

. Л DV/яс,, '> О , Л D2efJKv

N = ж п п п -dl. (4)

о h о cos > 0J 8tg<p

Для шнека с постоянными размерами канала и работающего в изотермическом режиме, размеры червяка и вязкость постоянны по длине шнека. Таким образом:

ягпг ик L О АР n1D1n1e^KvL

N =-+-(5)

h cos <р Stg<p

Уравнение производительности получим интегрированием произведения скорости на элементарный участок площади в пределах всего поперечного сечения винтового канала шнека:

е=*>1

( г \

КУ , СГ-еу) е 2 /Жу уы;

Ф <к

¿у

(6)

(7)

где а,х, У - константы прямого, обратного потоков и потока утечки, которые определяются по следующим выражениям:

Результаты интегрирования представляются в виде уравнения:

/

<2 = ап-х

/ \ 1 Ар -г ГдП

1 («у) 1 ^у)

а--

<и

жтОе\--Ь i соб <р

те--о зтф>созф>

Ш '

Л г>2 гЗ<

У =

\Ш

(8)

(9) (10)

После определения приращений давлений по всем зонам (зона питания, зона плавления, зона выдавливания), составим объединенную зависимость, представляющую собой алгебраическую сумму давлений на выходе каждой из зон пресса:

Ар- Ро ехР"

2е

Лсоа»-| 1 + —+/„шеа)/х

Л

„Л+1 I

/гэт^

/ \|/л

• <Р вт—

ч

ьтср

(П)

"2 У

Рациональный режим работы пресса определяется рабочей характеристикой, или рабочей точкой пресса. Фактический рабочий режим пресса определяется как общее решение системы двух уравнений, одно из которых описывает внешнюю характеристику шнека Q = <2(£р), а другое - внешнюю характеристику головки £) = £)фг)- Решение, удовлетворяющее обоим уравнениям, называется рабочей точкой, так как при заданной скорости вращения шнека производительность пресса, так же как и температура и давление экструзии, определяются этими же решениями.

На рис. 4 наглядно отображены рабочие характеристики шнекового пресса для различных частот вращения шнекового вала и головок с различными диаметрами выходных отверстий.

200

30 40 50

давление р, МПа

60

Рис. 4 Рабочие характеристики шнекового пресса.

Глава 3. Обоснован выбор и представлена методика проведения экспериментальных исследований в экструзионном прессе для производства вы-соконаполненных пластмасс. Изучены физико-механические характеристики перерабатываемых материалов. Описана конструкция лабораторной установки для изучения процесса экструзии высоконаполненных пластмасс, приведены технические данные использованного оборудования и средств измерений.

Программой исследований на первом этапе проведения экспериментов предусмотрено проведение поисковых экспериментов и измерений, выявление параметров и факторов, которые наиболее сильно влияют на процесс экструзии высоконаполненных пластмасс.

В качестве плана для второго этапа экспериментальных исследований выбран центральный композиционный ортогональный план полного факторного эксперимента ПФЭ ЦКОП 24. В качестве функций отклика на воздействие факторов, определяющих характер протекания процесса, выбраны: часовая производительность установки, мощность, потребляемая электродвигателем и прочность изделий. В качестве основных факторов влияющих на функции отклика, на основе априорной информации предложены: диаметр выходного отверстия профилирующей головки (1, мм; шаг шнека А, мм; частота вращения шнекового вала п, мин "'; температура нагрева корпуса пресса Г, °С.

Глава 4. Приведены исследования по определению зависимостей выходных параметров при различных комбинациях диаметра выходного отверстия профилирующей головки с1, мм; шага шнека А, мм; частоты вращения шнекового вала п, мин температуры нагрева корпуса пресса °С.

С помощью проведенных экспериментов определено, что средние значения производительности и мощности пресса совпадают с расчетными зна-

чениями, полученными в главе 2. Расхождение между теоретическими и экспериментальными значениями не превышает 10 %.

Получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс экструзии высоконаполненных пластмасс в одношнековом прессе. Для производительности:

Q = 91,76 + 46,5х, + 24,23x2 + 29,49х3 - 22,78х,2 + 14,86х32 + 15,76х32 -13,77х} + 13,2х,х2 + 21,5х,х3 + 9,8x2x3. (12)

Для потребляемой электродвигателем мощности:

N = 1,685 - 0,27х, -0,075x2 + 0,367х3 - 0,063х4 + 0,075х/ + 0,39х/ + 0,041х,х2- 0,053 х,х3 - 0,085х 1X4. (13)

Для прочности:

а = 25,89 + 2,73х, - 0,83х2 + 0,065х3 + 4,4x4 - Ю2х22 - 4,445х32 + 6,38х,х2 + 2,93х/х3 - 4,08X1X4 ~ 0,54х2х3 + 0,57x^4 - 0,57хзх^. (14)

Анализ полученных регрессионных зависимостей показал, что существует для любого набора входных параметров d, h, п, t предпочтительное их сочетание, когда производительность и прочность образцов максимальны. При этом потребляемая электродвигателем мощность почти минимальна.

На рисунках 5-10 изображены графические зависимости производительности, потребляемой электродвигателем мощности и прочности от варьируемых параметров.

Кривые, представленные на рис. 5 имеют экстремальный вид. Графики описываются квадратичной функцией, поэтому они имеют вид параболы, ветви которой опущены вниз. Графики имеют общую закономерность, при увеличении диаметра выходного отверстия профилирующей головки производительность растет. При достижении диаметра выходного отверстия величины 60 мм, производительность начинает падать, т.е. оптимальной величиной выходного отверстия для всех трех зависимостей является диаметр 60 мм.

120'

100

т во ■

с

ж

О во 40 20 0

I 3

> Г 21 N. 1

\ / г <

у 4 3

/ А V 1

А У

i г

■ЬМОи -(1=29*

зв

40 60 60

с!, мм

64

Рис. 5 Зависимость производительности от диаметра выходного отверстия.

180 160 140 120 100

в

о 80 60 40 20 о

<•* —' 1—

2 о*

3 ■ л 2

/ У

Л у г \ ч. 1

у 7

1 г

1 г'

'¿=60 мм '«N50 мм 1=40 мм

25

35

п, МИН

59 83 -1

93

Рис. 6 Зависимость производительности от частоты вращения шнекового

вала.

Анализируя график зависимости 6 видно, что при увеличении частоты вращения шнекового вала производительность процесса экструзии растет. Увеличение производительности происходит плавно, зависимости носят не

экстремальный, линейный характер. Наблюдается небольшой перелом при изменении частоты вращения с 25 мин"1 до 35 мин'1 и при изменении частоты вращения с 59 мин"1 до 83 мин'1, эти переломы заметны только на первой кривой, т.е. при значении диаметра выходного отверстия равном 40 мм. Эти скачки связаны не с увеличением частоты вращения шнекового вала, а зависят от головки, так как при этом выходном отверстие выдавливание материала нестабильно.

з 2,5 2

1

0.5

J >

—1 < 2 1_ щ

ш 5 V, * _1 1 I ► г-

V к з Е

111=32 к '11=40 м =29 м

36 40 50 60 64 (1 вых, мм

Рис. 7 Зависимость мощности потребляемой электродвигателем от диаметра

выходного отверстия.

На рис. 7 отражена зависимость мощности потребляемой электродвигателем от диаметра выходного отверстия. При увеличении диаметра выходного отверстия, мощность, потребляемая электродвигателем, снижается, это связано с тем, что головка с большим диаметром выходного отверстия имеет маленькое гидравлическое сопротивление, это влечет снижение мощности потребляемой электродвигателем. Максимальная мощность наблюдается при <1 = 36 мм и Ь = 29 мм, величина N = 2,63 кВт; минимальная при ё = 64 мм и Ь = 29 мм, величина N = 0,98 кВт.

o,s.----------

о

251,8 260 280 300 308,2

t,°c

Рис. 8 Зависимость мощности потребляемой электродвигателем от температуры нагрева корпуса.

Результаты экспериментов, представленные на рис. 8, отображают зависимость мощности потребляемой электродвигателем от температуры нагрева корпуса. Рассматривалось три зависимости мощности потребляемой электродвигателем от температуры нагрева корпуса: 1-й график при d = 40 мм; 2-й график при d = 50 мм; 3-й график при d = 60 мм. Фиксированными оставались два фактора процесса экструзии h = 32 мм и п = 35 мин"1.

Результаты экспериментов, представленные на рис. 9, отображают зависимость прочности образцов от диаметра выходного отверстия профилирующей головки.

Они носят экстремальный характер, зависимости представлены в виде параболы с ветвями опущенными вниз. Экстремум находится в точке d - 50 мм, это максимальное значение прочности на сжатие, оно находится в пре-делах32,5 - 33 МПа. Причем минимальное значение прочности соответствует графику с шагом 40 мм, а максимальное с шагом 29 мм.

Заметна общая тенденция, при увеличении диаметра отверстия профилирующей головки до 50 мм, прочность растет, а при достижении 50 мм,

) к

1 ч

40 50

(1 вых, мм

во 64

-И=29 мм -И-32 мм -И=40 мм

Рис. 9 График зависимости прочности образцов от диаметра выходного отверстия.

прочность начинает снижаться. Это связано с тем, что при маленьком диаметре выходного отверстия профилирующей головки содержание песка больше, поэтому прочность образцов ниже. При диаметре выходного отверстия больше 50 мм, плотность образца снижается, поэтому и прочность также падает. /

Анализируя зависимости, приведенные на рис. 10 можно сделать вывод, что при увеличении температуры нагрева корпуса, прочность образцов возрастает. Это связано с тем, что при увеличении температуры корпуса повышается и температура расплава, смесь становится пластичной, она лучше перемешивается и уплотняется, а, следовательно, растёт и прочность, так как частицы наполнителя и связующего лучше схватываются.

Таким образом, максимальная прочность (34,9 МПа) образцов достигается при сочетании следующих параметров: значении диаметра выходного

отверстия й - 50 мм и I = 308,2 *С, а минимальное значение (15,7 МПа) достигается при значении диаметра с! = 40 мм и I = 252,8 *С.

251,8

Рис. 10 График зависимости прочности образцов от температуры нагрева

корпуса.

! - —

2,5

г

« 1.5

2 1

0.«

0

|

1

б, мм

-эксперимент —-теория

4мм

-теория '

—экспериментI

Рис. 11 Сходимость теоретических данных и результатов экспериментов.

В работе решена задача оптимизации процесса экструзии высоконапол-ненных пластмасс при следующих требованиях:

Р-ипах, И-мпт, о->тах (15)

В аналитических зависимостях возможно методом численного исчисления определить экстремум для каждой в отдельности. Рекомендуется следующий режим работы установки для производства изделий из высокона-полненных пластмасс. Диаметр выходного отверстия профилирующей головки (1 = 52 мм; шаг шнека И = 42 мм; частота вращения шнекового вала п

= 63 минтемпература нагрева корпуса t = 286 "С. При этом производительность Q составит 111,493 кг/ч; мощность N равняется 1,636 кВт; прочность образцов а составит 26,645 МПа.

Глава 5. Описан промышленный образец экструзионного пресса для производства высоконаполненных пластмасс, изготовленный с использованием основных положений диссертационной работы, и внедренный в производство на ООО «Политехстрой», экструзия производилась с целью получения гомогенизированной полимерной композиции с максимально возможным значением прочности на сжатие полимер песчаных изделий. Были получены-следующие технические характеристики: производительность до 120 кг/ч, потребляемая прессом мощность 12 кВт, прочность изделий на сжатие 25 МПа.

Годовой экономический эффект от внедрения экструзионного шнеково-го пресса для производства высоконаполненных пластмасс составляет в общей сумме до 150 тыс. рублей в ценах 2002 г.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная научно-техническая задача совершенствования конструкции экструзионного пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс путем разработки новой оснастки, позволяющей получать изделия высокого качества бс, допрессовкн на гидравлическом прессе.

В ходе диссертационного исследования были получены следующие основные результаты и выводы:

1. Проведен анализ основных направлений развития и совершенствования оборудования и технологий для утилизации полимерных отходов и изготовления изделий из высоконаполненных пласгмасс. На основании анализа доказано преимущество изготовления высоконаполненных пластмасс на экструзионном прессе.

2. Разработаны математические модели для расчёта конструктивно-технологических параметров шнекового пресса для изготовления изделий из высоконаполненных пластмасс, учитывающие конструктивно-технологические параметры, физико-механические свойства перерабатываемого материала, позволяющие определить производительность пресса^'мощность пресса и тепловой баланс процесса экструзии.

3. Теоретически и экспериментально установлены зависимости выход-

5 Г1 ,

ных параметров (производительности и мощности пресса, прочности изделий) от конструктивно-технологических факторов (диаметра профилирующей головки, шага шнека, частоты вращения шнекового вала и температуры нагрева корпуса); проведена проверка в лабораторных условиях разработанных математических моделей и методики расчёта.

4. Методом планирования полнофакторного эксперимента установлены регрессионные зависимости часовой производительности экструзионно-го пресса <2; мощности Ы, потребляемой электродвигателем; прочности а на сжатие, получаемых образцов от конструктивно-технологических параметров: диаметра й выходного отверстия профилирующей головки, мм; шага А шнека, мм; частоты п вращения шнекового вала, мин "'; температуры / нагрева корпуса пресса, 'С.

5. Установлена общая область оптимумов по выходным параметрам для <2=\\ 1,493 кг/ч; для N = 1,636 кВт; для а = 26,645 МПа. Рекомендуемый режим работы экструзионного пресса для производства высоконапойиенных пластмасс такой: с1 = 52 мм; И = 42 мм; п = 63 мин"1; I = 286 "С. "

6. На основе представленных в работе математических моделей'для расчёта конструктивно-технологических параметров экструзиоМного пресса, разработана инженерная методика расчета основных конструктивно-технологических параметров пресса для изготовления изделий из высоконаполненных пластмасс.

7. Разработана новая конструкция устройства для изготовления изделий из высоконаполненных пластмасс.

8. Уточнены потребительские свойства получаемых образцов, проведено сравнение физико-механических свойств кварцпласта с другими строительными материалами.

9. Годовой денежный доход от внедрения экструзионного пресса в производство составил 151 тыс. руб.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Богданов B.C., Бредихин A.B. Шнековый пресс для получения изделий из высоконаполненных пластмасс // Международная научно-техническая конференция «Интерстроймех - 2001», Санкт-Петербург, - 2001.- С. 103-106.

2. Богданов B.C., Дмитриенко В.Г., Бредихин A.B. Определение производительности шнекового пресса для получения изделий из высоконаполненных пластмасс// Современные проблемы строительного материаловедения. Материалы седьмых академических чтений РА-

• ACH, Белгород,-2001. Ч. 2. - С. 46-49.

3. Богданов B.C., Бредихин A.B. Оборудование для производства высоконаполненных пластмасс// Энергосберегающие технологии в дорожной и строительной технике. Межвузовский сборник статей, Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2002.- С. 6-10.

4. Богданов B.C., Бредихин A.B., Латышев С.С. Тепловой баланс шнекового пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс// Энергосберегающие технологии в дорожной и строительной технике. Межвузовский сборник статей, Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2002.- С.10-13.

5. Бредихин A.B. Особенности переработки высоконаполненных пластмасс в одношнековом прессе// Интерстроймех 2002: Материалы междунар. науч.-техн. конф,- Могилев: МГТУ,2002.- С. 55-57.

6. Бредихин A.B., Латышев С.С. Расчет давления в пресс-мундштуке

шнекового пресса для производства высоконаполненных пластмасс// Интерстроймех 2002: Материалы междунар. науч.-техн. конф.- Могилев: МГТУ,2002.- С. 57-59.

7. Бредихин A.B., Чемеричко Г.И. Экспериментальные исследования

шнекового пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс // Энергосберегающие технологии в дорожной и строительной технике. Межвузовский сборник статей, Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2003.- С. 56-60.

8. Богданов B.C., Бредихин A.B., Дёгтев И.А. Определение мощности

шнекового пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс // Энергосберегающие технологии в дорожной и строительной технике. Межвузовский сборник статей, Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2003.- С. 27-30.

9. Бредихин A.B. Управление прочностью образцов из высоконаполнен-

ных пластмасс // Энергосберегающие технологии в дорожной и строительной технике. Межвузовский сборник статей, Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2003.- С. 52-55.

Подписано в печать /7 06 03 Формат 60x84/16

Усл. п. л. // Тираж 100 Заказ №

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова. 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.

(

{

I

I

I i

¡

* I

/

¡

Щ 12346

Введение. ч

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВА ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Состояние техники и технологий производства изделий из высокона-полненных пластмасс.

1.2 Описание предлагаемой конструкции экструзионной установки.

1.3 Обзор основных методик расчета основных параметров шнековых прессов и экстру деров.

1.4 Цель и задачи исследований.

1.5 Выводы.

I ГЛАВА 2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЁТА ШНЕКОВОГО ПРЕССА С НАГРЕВАЕМЫМ КОРПУСОМ

2.1 Влияние эффективной вязкости на процесс экструзии высоконаполнен-ных пластмасс.

2.2 Тепловой баланс процесса прессования.

2.3 Расчёт потребляемой прессом мощности.

2.4 Определение производительности шнекового пресса.

2.5 Определение давления в профилирующей головке.

2.6 Выявление рационального режима работы пресса.

2.7 Алгоритм расчета основных конструктивно-технологических параметров шнекового пресса для производства высоконаполненных пластмасс.

2.8 Выводы.

ГЛАВА 3. ПЛАН И ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Описание экспериментальной установки.

3.2 Методика проведения исследований и измерений.

3.3 Характеристика применяемых материалов.

3.4 Поисковые эксперименты. Определение факторов, влияющих на эффективность работы пресса.о.

3.5 План экспериментов.

3.6 Выводы.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Исследование влияния основных параметров на эффективность процесса экструзии высоконаполненных полимеров в шнековом прессе.

4.2 Влияние d, h, n, t на производительность пресса.

4.3 Влияние d, h, n, t на мощность пресса.

4-4 Влияние d, h, n, t на прочность образцов.

4.5 Выбор рационального режима процесса экструзии.

4.6 Влияние фракционного состава песка на качество изделий.

4.7 Влияние типа пластмасс и степени их измельчения на процесс экструзии.

4.8 Влияние начальной температуры наполнителя на процесс экстру зии.

4.9. Выводы.

ГЛАВА Y. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

5.1 Производство изделий строительного назначения.

5.2 Инженерная методика расчета основных параметров шнекового пресса.

5.3 Технико-экономическая эффективность.

5.4 Выводы.

В последнее время в нашей стране, да и во всем мире остро стоит проблема утилизации промышленных и бытовых отходов полимеров [1-6]. По имеющимся сведениям, мировое потребление только поливинилхлорида в 2000 г. составило 25,6 млн.т. Актуальность использования полимерных отходов в строительных материалах и изделиях связана, в первую очередь с проблемами сохранения окружающей среды, а также с проблемой ресурсосбережения [7]. В настоящее время широкое распространение получило использование отходов полимеров в промышленности строительных материалов [834]. Особенно перспективным направлением утилизации является получение высоконаполненных пластмасс, которые могут использоваться как строительные композиционные материалы [38 -52].

Несмотря на широкое описание свойств наполненных полимеров [5366], высоконаполненные полимеры изучены недостаточно. Известно, что основными агрегатами для получения высоконаполненных пластмасс являются шнековые прессы (экструдеры) [67, 68]. Наряду с достаточно высоким качеством получаемых композитов, эти машины сравнительно дешевы и просты в исполнении, в отличие от аппаратов для полимеризационного наполнения полимеров. Они обладают низкой металлоемкостью, низкой энергоемкостью, позволяют получать широкий ассортимент экструдируемых профилей. Кроме этого шнековый пресс обладает большей производительностью по сравнению с другими видами экструзии (дисковой, плунжерной). Эти прессы перерабатывают практически все виды термопластов. В тоже время на этих машинах можно использовать далеко не все виды наполнителей для пластмасс [69 - 74]. Известны [68, 75] некоторые недостатки переработки высоконаполненных полимеров в одношнековых прессах. Это заклинивание пресса; резкое повышение потребляемой двигателем мощности в момент выдавливания смеси; залипание массы на шнеке; проворачивание смеси вместе со шнеком; образование застойных зон в профилирующей головке.

Несмотря на указанные выше недостатки, мы остановили свой выбор на одношнековом прессе из-за простоты и надежности его конструкции. Несмотря на длительное применение шнековых прессов для производства вы-соконаполненных пластмасс, технологический процесс формования изучен в них недостаточно, не существует универсальной методики расчета шнековых прессов для производства высоконаполненных пластмасс. В настоящее время очень мало разрабатывается машин для переработки не чистых полимеров, а именно высоконаполненных пластмасс. Все выше перечисленное, позволяет сделать вывод об актуальности данной проблемы и определяет цель настоящей работы: создание конструкции экструзионной установки для производства высоконаполненных пластмасс, отвечающей определенным требованиям; за основу установки принимается шнековый пресс и определение его рациональных конструктивных, энергетических и технологических параметров на основе разработанных математических моделей для расчета; уравнений, описывающих тепловой баланс экструзии высоконаполненных пластмасс.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1. Усовершенствовать конструкцию экструзионного пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс.

2. Исследовать различные режимы работы экструзионного пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс с целью улучшения процесса экструзии.

3. Разработать математические модели для расчёта конструктивно-технологических параметров экструзионного пресса для изготовления изделий из высоконаполненных пластмасс.

4. Установить теоретически и экспериментально зависимости производительности, мощности пресса и прочности получаемых изделий от диаметра выходного отверстия профилирующей головки, шага шнека, частоты вращения шнекового вала и температуры нагрева корпуса, провести проверку в лабораторных условиях разработанных математических моделей и методики расчёта.

5. Разработать инженерную методику расчета основных конструктивно-технологических параметров экструзионного пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс.

Научная новизна работы представлена математическими моделями, позволяющими определить мощность, производительность пресса, давление в профилирующей головке, которые учитывают конструктивно-технологические параметры, физико-механические свойства перерабатываемого материала; уравнениями, описывающими тепловой баланс экструзии высоконаполненных пластмасс, с учетом температуры нагрева компонентов смеси, температуры нагрева корпуса, эффективной вязкости смеси; результатами экспериментальных исследований в виде уравнений регрессии, позволяющих определить оптимальные соотношения для конструктивных и технологических параметров.

Практическая ценность работы заключается в разработке инженерной методики расчета основных технологических, конструктивных и энергетических параметров шнекового пресса, рекомендациях по выбору рациональных технологических режимов работы пресса и разработке программного обеспечения для определения рациональных режимов работы по каждому фактору варьирования. По результатам работы разработана новая конструкция шнекового пресса, внедрение, которого обеспечивает снижение содержания полимера в композиции на 5%.

Реализация работы. Диссертационная работа проводилась в Бел-ГТАСМ (БГТУ им.Шухова) на кафедре механического оборудования. Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры механического оборудования на экспериментальной установке шнекового пресса для производства высоконаполненных пластмасс. Основные результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях, проводимых в БелГТАСМ: "Вторые шуховские чтения" в 2000 г. и "Седьмые академические чтения РААСН" в 2001 г.

Публикации. По результатам работы опубликовано 9 печатных работ, подана заявка на патент РФ на изобретение.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержащего основные результаты и выводы. Работа включает 180 страниц, в том числе страниц машинописного текста 153, таблиц 15, рисунков 51, список литературы из 132 наименований и 6 приложений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная научно-техническая задача совершенствования конструкции экструзионного пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс путем разработки новой оснастки, позволяющей получать изделия высокого качества без допрессовки на гидравлическом прессе.

В ходе диссертационного исследования были получены следующие основные результаты и выводы:

1. Проведен анализ основных направлений развития и совершенствования оборудования и технологий для утилизации полимерных отходов и изготовления изделий из высоконаполненных пластмасс. На основании анализа доказано преимущество изготовления высоконаполненных пластмасс на экструзионном прессе.

2. Разработаны математические модели для расчёта конструктивно-технологических параметров шнекового пресса для изготовления изделий из высоконаполненных пластмасс, учитывающие конструктивно-технологические параметры, физико-механические свойства перерабатываемого материала, позволяющие определить производительность пресса, мощность пресса и тепловой баланс процесса экструзии.

3. Теоретически и экспериментально установлены зависимости выходных параметров (производительности и мощности пресса, прочности изделий) от конструктивно-технологических факторов (диаметра профилирующей головки, шага шнека, частоты вращения шнекового вала и температуры нагрева корпуса); проведена проверка в лабораторных условиях разработанных математических моделей и методики расчёта.

4. Методом планирования полнофакторного эксперимента установлены регрессионные зависимости часовой производительности экструзионного пресса <2; мощности N, потребляемой электродвигателем; прочности о на сжатие, получаемых образцов от конструктивно-технологических параметров: диаметра d выходного отверстия профилирующей головки, мм; шага h шнека, мм; частоты п вращения шнекового вала, мин 1; температуры t нагрева корпуса пресса, °С.

5. Установлена общая область оптимумов по выходным параметрам для Q = 111,493 кг/ч; для N = 1,636 кВт; для и = 26,645 МПа. Рекомендуемый режим работы экструзионного пресса для производства высоконаполненных пластмасс такой: d = 52 мм; h = 42 мм; п = 63 мин"1; t = 286 "С.

6. На основе представленных в работе математических моделей для расчёта конструктивно-технологических параметров экструзионного пресса, разработана инженерная методика расчета основных конструктивно-технологических параметров пресса для изготовления изделий из высоконаполненных пластмасс.

7. Разработана новая конструкция устройства для изготовления изделий из высоконаполненных пластмасс.

8. Уточнены потребительские свойства получаемых образцов, проведено сравнение физико-механических свойств кварцпласта с другими строительными материалами.

9. Годовой денежный доход от внедрения экструзионного пресса в производство составил 151 тыс. руб.

1. Бондарь К.Я. и др. Полимерные строительные материалы: Справочное пособие / Под ред. А.Г. Зайцева.- М.: Стройиздат, 1974,- 272 с.

2. Гильдебранд X. Полимерные материалы в строительстве: Пер. с нем. М.: Стройиздат, 1969. - 272 с.

3. Зайцев А.Г. и др. Полимерные строительные материалы. М.: Стройиздат, 1968.-103 с.

4. Композиционные строительные материалы на основе полимеров: Сб. трудов. Вып. 57.-М., 1982.-125 с.

5. Экологический подход к оценке строительных материалов из отходов промышленности. Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.-2000.-№6.

6. Карпинос Д.М., Тучинский Л.И., Вишняков Л.Р. Новые композиционные материалы. Киев, 1977.-312 е.

7. Конструкционный материал на основе вторичных полиэтилена и полиэти-лентерефталата // Пластические массы. 4/1998

8. Композиционные материалы: В 8-ми т. Пер. с англ. / Под ред. Л. Браутма-на, Р. Крока. Т.6. Поверхности раздела в полимерных композитах /Под ред. Э. Плюдемана. -М.: Мир, 1978.-234 с.

9. Карпинос Д.М., Олейник В.И. Полимеры и композиционные материалы на их основе в технике. Киев: Наук, думка, 1981.-180 с.

10. Композиционные материалы, под ред. А.И. Манохина. М.: Наука, 1981.

11. Нотон Б. Применение композиционных материалов в технике: В 3-х т. Т.З. М.: Машиностроение, 1978.

12. Иванов A.M. Строительные конструкции из полимерных материалов: Учебное пособие для строит. Спец. Вузов. М.: Высшая школа, 1978 -239 с.

13. Металлические и пластмассовые конструкции: Вып. II. Киев: Бу-д1вельник, 1972.-216 с.

14. Новиков В.У. Полимерные материалы для строительства: Справочник. -М.: Высшая школа, 1995.-448 с.

15. Новое в технологии трёхслойных конструкций с применением пластмасс / Под ред. А.Б. Губенко. -М.: Стройиздат, 1972.-207 с.

16. Новые композиционные материалы на основе промышленных отходов химических волокон / П.В. Сысоев, П.Н. Богданова. Мн.: Наука и техника, 1984.-95 с.

17. Полимерные строительные материалы: Сб. трудов. Вып. 39,- М., 1974.-215 с.

18. Почапский Н.Ф. Пластмассы на стойках Донбасса. Донецк, 1966.-84 с.

19. Применение пластмасс в строительстве и городском хозяйстве: Тезисы докладов II Респ. научн.-техн. конф., г. Харьков, 15-17 октября 1987 г./ ХИИКС. Харьков, 1987.- Ч. I.-235 с.

20. Применение пластмасс в строительстве и городском хозяйстве: Тезисы докладов II Респ. научн.-техн. конф., г. Харьков, 15-17 октября 1987 г./ ХИИКС. Харьков, 1987,- Ч. II.-114 с.

21. Пустовойтов В.П., Шутенко Л.Н. Опыт применения конструкционных пластмасс в строительстве. Харьков, 1985.-66 с.

22. Соминский М.Б. Полимерные материалы в отделке зданий. Л.: Стройиздат, 1980,- 49 с.

23. Теплоизоляционные и отделочные полимерные строительные материалы: Сб. трудов / ВНИИ стройполимер. -М., 1989.-171 с.

24. Николаев А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе: 2-е изд. испр. и доп.-М.: Химия, 1966.-768 с.

25. Васильев В.В. Полимерные композиции в горном деле. М.: Наука, 1986. 294 с.

26. Дак Э. Пластмассы и резины (пер. с англ.) М.: Мир, 1976.-148 с.

27. Васильев В.А., Зайцев А.Е. Полимерные строительные материалы. М., 1968.

28. Баринова JI.С. Состояние и перспективы развития промышленности строительных материалов // Строительные материалы.-1999.-№9.-С.3-7.

29. Розенберг Б.А., Ениколопян Н.С. Композиционные полимерные материалы // Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева.-1985,-25, №5.-С.524-530.

30. Ениколопов Н.С. Композиционные полимерные материалы // Природа,-1980.-№8.-С.62-67.

31. Шевченко А.Т. Строительные материалы из вторичных ресурсов промышленности. Киев: Будивэльник, 1990,- 120 с.

32. Работоспособность композиционных строительных материалов на основе и с применением отходов промышленности и местного сырья: Меж. вуз. сб .Казань: КХТИ, 1987.-129 с.

33. Разработка и исследование полимерных строит, материалов. Методы исследования, технико-экономического анализа и научной организации труда: Сб. тр.-М„ 1983,- 164 с.

34. Ениколопов Н.С., Вольфсон С.А. Получение и свойства наполненных термопластов // Пластические массы.-1978.-№1.-С.39-40.

35. Гуняеев Г.М. Структура и свойства полимерных волокнистых композитов. -М.: Химия, 1981.-232 с.

36. Лукасик В.А., Жирнов А.Г. и др. Теплоизоляционные и напольные покрытия на основе резинокордных отходов. Строительные материалы.-2000 -№7.

37. Композиционные материалы на основе полимерных и других органических отходов/В.А. Лукасик, А.Г. Жирнов, Ю.А. Анцупов, Р.А. Жирнов // Пластические массы. 2000.-№7.-С. 39-40.

38. Композиционные полимерные материалы, получаемые методом горячего прессования / К.Ф. Суменков, Н.Ю. Лузина, Т.Г. Чмыхова // Пластические массы. 1999.-№6.-С. 35-36.

39. Экологически чистые древеснонаполненные пластмассы (ЭДНП): Технология производства и изделия / Стройка.-2000.-№6.-С. 150-151.

40. Электронная публикация www.ipack.ru.

41. Электронная публикация old.priroda.ru

42. Пат. №2133254 РФ, МКИ 6 С 08J 5/04. Способ изготовления материалов и изделий из высоконаполненных пластмасс / М.Я. Бикбау, О.А. Коршун, В.П. Ефимова; ОАО "Московский ИМЭТ"; №97117226/04; Заявлено 17.10.97; Опубл. 20.07.99.

43. Столярова А.Д. Материалы на основе высоконаполненного полиметилме-такрилата с использованием попутно добываемого мела КМА: Дисс. канд. техн. наук. Спец. 05.23. 05. Белгород: БелГТАСМ.-2000.-159 с.

44. Электронная публикация www.muctr.edu.ru

45. Электронная публикация plastmassy.webzone.ru

46. Электронная публикация www.recyclers.ru.

47. Электронная публикация www.ruscabel.ru

48. Зайцев А.Г. Эксплуатационная долговечность полимерных строительных материалов в сборном домостроении. -М.: Стройиздат, 1972,- 167 с.

49. Булгаков В.К. и др. Моделирование горения полимерных материалов. -М.: Химия, 1990.-240 с.

50. Веселовский Р.А. Регулирование адгезионной прочности полимеров/ АН УССР, Ин-т химии высокомолекулярных соединений. Киев: Наук, думка, 1988.-174 с.

51. Гольдман А.И. Прогнозирование деформационных прочностных свойств полимерных и композиционных материалов. Л.: Химия, 1988,- 271 с.

52. Булгаков И.И. Ползучесть полимерных материалов. Теория и приложения. -М. Наука, 1973.-287 с.

53. Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. -М.: Машиностроение, 1988.

54. Ванин Г.А. Микромеханика композиционных материалов. Киев: Наук, думка, 1985.-302 с.

55. Зайцев Г.П., Ханин М.В. Изнашивание и разрушение полимерных композиционных материалов. М., 1990.-256 с.

56. Механика композитных материалов и элементов конструкций: В 3-х т. Т. 1./ Гузь А.Н., Хорощун Л.П., Ванин Г.А. и др. Киев: Наук, думка, 1982.-368 с.

57. Механика конструкций из композиционных материалов: Сб. науч. статей. Вып. 1/Под общ. Ред. В.Д. Протасова. -М.: Машиностроение, 1992.-350 с.

58. Невосенко Л.Ф., Маяцкий В.А., Герасимов В.Д., Соколов Л.Б., Сиренко Г.А. Свойства антифрикционных пластических масс на основе ароматических полиамидов, наполненных графитом // Пластические массы.-1983 -№8.-С.20-21.

59. Jamel Faiz A., Hameed Muhammed S., Stephan Firas A./ Rheological, mechanical and thermal properties of glass-reinforced polyethylenes // Polim.-Plast. Technol. And Eng.-1994. 33, №6. p.659-675.

60. Малинский Ю.М. Особенности кристаллизации в граничных слоях полимеров // Проблемы полимерных композиционных материалов: Сб. трудов / Наук, думка. Киев, 1979,- С. 16-27.

61. Работоспособность композиционных строительных материалов на основе и с применением отходов промышленности и местного сырья: Меж. вуз. сб .Казань: КХТИ, 1987.-129 с.

62. Силин В.А. Исследование и расчет основных параметров шнековых машин для переработки пластических масс (торфа, керамических масс, пластмасс). Автореф. дис. канд. тех. наук. -М., 1981.-20 с.

63. Шаповалов В.М., Барсуков В.Г., Купчинов Б.И. Технология переработки высоконаполненных композитов / Под общ. ред. чл.-корр. НАНБ Ю.М. Плескачевского. Гомель: ИММС НАНБ, 2000.-260 с.

64. Кац Г.С. Наполнители для полимерных материалов. М.: Химия, 1983.-736 с.

65. Наполнители для полимерных композиционных материалов. Справочное пособие/ Под ред. Г.С. Каца и Д.В. Милевски/ Пер. с англ. под ред. П.Г. Бабаевского. -М.: Химия, 1981.-736 с.

66. Модификация наполнителей для термопластов. Обзорная информация. Сер. Полимеризационные пластмассы. -М.: НИИТЭХИМ, 1977.-82 с.

67. Эдэльман Л.И., Белимова Е.Н., Ходаков Г.С. Основные свойства и методы получения наполнителей полимерных строительных материалов. М.: ВНИИСМ, 1970.-38 с.

68. Моргулис M.JI., Липкинд З.А. Тонкоизмельченные минеральные наполнители для полимерных строительных материалов: Труды ВНИИНСМа-1965.-№15.-С.32-36.

69. Лизгунова Э.П., Липкинд З.А. Минеральные наполнители для ПВХ композиций: Труды ВНИИСМа. -1966. -№9. -С. 17 -20.

70. Бредихин А.В. Особенности переработки высоконаполненных пластмасс в одношнековом прессе // Интерстроймех 2002: Материалы междунар. науч -техн. конф.-Могилев: МГТУ, 2002,- с. 55-57.

71. Электронная публикация SciTecLibrary.com.

72. Перегудов В.В. Тепловые процессы и установки технологии полимерных строительных материалов и изделий: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1973.-295 с.

73. Брагинский В.А. Прессование. Л.: Химия, 1973. 96 с.

74. Воробьев В.А., Андрианов Р.А. Технология полимеров. Учебник. 2-е изд., перераб,- М.: Высшая школа, 1980 - 303 с.

75. Брагинский В.А. Переработка пластмасс: Справочное пособие. Л.: 1985.

76. Завгородний В.К., Калинчев Э.Л., Махаринский Е.Г. Оборудование предприятий по переработке пластмасс. Л.: Химия, 1972.

77. Оборудование для переработки пластмасс: Справочное пособие по расчету и конструированию / Под ред. В.К. Завгороднего. М.: Машиностроение, 1976.

78. Рябинин Д.Д., Лукач Ю.Е. Червячные машины для переработки пластических масс и резиновых смесей. М.: Машиностроение, 1965.

79. Миндин Г.Р. Электронагревательные трубчатые элементы. М.: Энергия, 1965.

80. Миндлин С.С., Самосатский Н.Н. Производство изделий из полиэтилена методом экструзии. -М.: Госхимиздат,1959.

81. Рябинин Д.Д., Лукач Ю.Е. Смесительные машины для пластмасс и резиновых смесей. -М.: Машиностроение, 1972.-269 с.

82. Красовский Е.П. Расчет индукционного нагрева червячных машин для переработки полимерных материалов / Красовский Е.П., Лукач Ю.Е., Палев-ский В.В. // Химическое машиностроение.-1968.-№7.-С.45-52.

83. Шенкель Г. Шнековые прессы для пластмасс. Л.: Госхимиздат, 1962.

84. Торнер Р.В. Основные процессы переработки полимеров. Теория и методы расчета. -М.: Химия, 1972.- 456 с.

85. Басов Н.И., Казанков Ю.В., Любартович В.А. Расчет и конструирование оборудования для производства и переработки полимерных материалов: Учеб. для вузов. М.: Химия, 1986.-488 с.

86. Экструзия / Бухгалтер В.И., Гецас С.И., Диденко В.Л., Курженкова М.С. -2-е изд. перераб. Л.: Химия, 1980.-112 с. (Библиотечка рабочего по переработке полимерных материалов).

87. Оборудование предприятий по переработке пластмасс/ Под общ. Ред. В.К. Завгороднего. Л.: Химия, 1972.-464 с.

88. Горяйнов К.Э., Коровникова В.В. Технология производства полимерных и теплоизоляционных изделий: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1975.-296 с.

89. Разработка технологии и исследование процессов производства отделочных полимерных строительных материалов: Сб. трудов. М., 1983.-151 с.

90. Мак-Келви Д.М. Переработка полимеров. Пер. с англ. М.: Химия,1965.

91. Козулин Н А., Шапиро А.Я., Гавурина Р.К. Оборудование для производства и переработки пластических масс. JL: Химия, 1967.-783 с.

92. Калинчев Э.Л. Оборудование для литья пластмасс под давлением: Расчет и конструирование/ Калинчев Э.Л., Калинчева Е.И. М.: Машиностроение, 1985.-256 с.

93. Оборудование для производства полимерных строительных материалов: Сб. трудов. Вып.47. М., 1977.-153 с.

94. Гиберов З.Г. Механическое оборудование заводов пластических масс. М.: Машиностроение, 1977.

95. Бортников В.Г. Основы технологии переработки пластических масс. Учебное пособие для вузов. Л.: Химия, 1983.-304 с.

96. Воробьёв В.А. Технология строительных материалов из пластических масс: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1965. - 327 с.

97. Почапский Н.Ф. Технология строительных изделий из полимеров: Учебник для вузов. Донецк: Вища школа, 1979.-216 с.

98. Калинчев Э.Л., Неделин В.В., Иванченко А.И. Анализ современного состояния и основные тенденции развития экструзионного оборудования. -М., 1971.-79 с.

99. Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Свойства и переработка термопластов: Справочное пособие. Л.: Химия, 1983.-287 с.

100. Peyser P. The effect of fillers on polymer properties // Polim.-Plast. Technol. And Eng.-1978. 10(2). - p.l 17-129.

101. Машиностроение, 1990.-416 с.

102. Басов Н.И. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов: Учебник для вузов / Н И. Басов, В.А. Брагинский, Ю.В. Казанков. -М.: Химия, 1991.-352 с.

103. Оборудование для переработки пластмасс. Справочное пособие по расчету и конструированию / под ред. В.К. Завгороднего. М.: Машиностроение,1976.- 502 с.

104. Брагинский В.А., ред. Штарке JI. Использование промышленных и бытовых отходов пластмасс. JI., 1987.

105. ПЗ.Гукасян С.Ж. Прочность полимерных композитов с модифицированным наполнителем. Строительные материалы.-2000.-№2.-с.35.

106. Липатов Ю.С. Физико-химические основы наполнения полимеров. М. Химия, 1991.-260 с.

107. Липатов Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров. М.: Химия,1977.-304 с.

108. Нестеров А.Е., Липатов Ю.С. Фазовое состояние растворов и смесей полимеров: Справочник. Киев: Наук, думка, 1987.-168 с.

109. Герасименко В.Б., Семикопенко И.А., Боровской А.Е. Технические основы создания машин. Учебное пособие для выполнения курсовых работ. Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2002 г.-91 с.

110. Бородский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента. М.: Недра, 1976.- 196 с.

111. Зедгикидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука, 1976.-330 с.

112. Методические указания. Математическое моделирование на ЭВМ и САПР механического оборудования. Моделирование: Метод, указ. для студентов специальности 0562 / Н.Д. Воробьев, Г.И. Чемеричко, B.C. Богданов. Белгород: Изд-во БТИСМ, 1987. - 58 с.

113. Хартман К., Лецкий Э.К., Щефер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир. 1977. - 552с.

114. Красовский Г.И., Филаретов Г.Ф. Планирование эксперимента. Минск: изд-воБГУ. 1982.-302 с.

115. Милн В.Э.Численное решение дифференциальных уравнений. М. Издательство иностранной литературы. 1955. 240 с.

116. Теплофизические и реологические характеристики и коэффициенты трения наполненных термопластов: Справочник /В.А. Пахаренко, В.Г. Зверлин,

117. B.П. Привалко и др..-Киев: Наук, думка, 1983.-279 с.

118. Дегтяренко В.Н. Оценка эффективности инвестиционных проектов. М.: Экспертное бюро, 1997 г. - 560 с.

119. Инвестиционное проектирование. Практическое руководство по экономическому обоснованию инвестиционных проектов. / Науч. ред.

120. C.И.Шумилин. М. Ринстатистинформ, 1995. - 280 с.

121. Методика (основные положения) определение экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений -М.: Госкомстат СССР по делам изобретений и открытий, 1986 г. 15 с.

122. Методические рекомендации по комплексной оценке эффективности мероприятий, направленных на ускорение научно-технического прогресса / под редакцией член.-корр.РАН Д.С. Львова. 1988. 19 с.

123. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и отбору для финансирования. М.: 1994 г. 46 с.

124. Штарке Л. Использование промышленных и бытовых отходов пластмасс. Пер. с нем./Под ред. В.А. Брагинского.-Л.: Химия, 1987.-176 с.

125. Туренко А.В. О расчете производительности шнекового пресса. Строительные и дорожные машины, 1983. №3 с.20-33.

126. Дроздов Н.Е. Механическое оборудование керамических предприятий. М.: Машиностроение, 1975, 556 с.Ф1. Cursor at Row: Column:1 11. Data Editor File: D

127. Maximum Rows: 2 5 Number of Cols: 7ow Pi P2 d к Q1 l-l 000 -1 000 -1. 000 -1. 000 8 . 4

128. I 1 000 -1 000 -1. 000 -1. 000 483 1 -1 000 1 000 -1. 000 -1. 000 15. 3

129. I 1 000 1 000 -1. 000 -1. 000 725 1 -1 000 -1 000 1. 000 -1. 000 26.1

130. I 1 000 -1 000 1. 000 -1. 000 1407 l-l 000 1 000 1. 000 -1. 000 29 . 3

131. I 1 000 1 000 1. 000 -1. 000 3309 1 -1 000 -1 000 -1. 000 1. 000 9 . 6

132. Расчет коэффициентов уравнений регрессии1.dependent variable coefficient std . error t-value sig. level

133. CONSTANT 91.762496 0.424583 17 . 17570.0000

134. Pi 46.535043 0 . 158271 1. 8010 0 . 1019

135. R-SQ. (ADJ.) = 0.2229 Previously: 0.0000 25 observations fitted,

136. SE= 0.707790 MAE= 0.3293460.000000 0.000000 forecast(s) computed for 0 missing val.

137. DurbWat= 2.708 0.000 of dep. var.1.dependent variable coefficient std. error t-value sig. level

138. CONSTANT 1.685364 0.287554 4 .7482 0 . 0008

139. Pi -0.274505 0.107191 -0 . 2753 0 .7887

140. R-SQ. (ADJ.) = 0.0000 Previously: 0.2229 25 observations fitted,

141. SE= 0.479359 MAE= 0.244488 DurbWat= 2.5530.707790 0.329346 2.708forecast(s) computed for 0 missing val. of dep. var.1.dependent variable coefficient std. error t-value sig. level

142. CONSTANT 25.890798 15. 993525 37.2164 0 . 0000

143. Pi 2.733707 5. 961895 0.2707 0 .7921

144. R-SQ. (ADJ.) = 0.1917 SE= 26.661600 MAE= 13.515855 DurbWat= 2.256

145. Previously: 0.0000 0.000000 0.000000 0.00025 observations fitted, forecast(s) computed for 0 missing val. of dep. var.

146. Листинг программы по определению рационального режима работы шнекового пресса для производства высоконаполненных пластмасс

147. УУ4.=Function(a[0],a[l],a[2],a[3]); Lp=L2;j++;if (yy2.<yy[4]) {xx3.=xx[2]; L2=Ll/pow(Fi,j);xx2.=xx1.+L2; }else {

148. Func=91.7 6+46.5*q+24.2 3*kl+2 9.4 9*k2-22.78*q*q+14.86*kl*kl+15.76*k2*k2; Func=Func-13. 7 7*k3"-k3+13. 2*q*kl+21. 5*q*k2+9. 8*kl*k2; return Func;

149. Func=l.685-0.27*q-0.075*kl+0.367*k2-0.063*k3+0.07 5*q*q+0.39*k3*k3; Func=Func+0.041*q*kl+0.053*q*k2-0.08 5*q*k3; return Func;

150. XX3.=xx[2]; L2=Ll/pow(Fi,j);xx2.=xx1.+L2; }else1. A {

151. Func=25.8 9+2.7 3*q-0.8 3*kl+0.065*k2+4.4*k3-7.02*kl*kl-4.4 45*k2*k2; Func=Func+6.38*q*kl+2.93*q*k2-4.08*q*k3-0.54*kl*k2+0.57*kl*k3-0.57*k2*k3; return Func;

152. Документы, подтверждающие внедрение в производствос»1. СИсов1. V у 2002 г.2002 г.1. АКТ

153. Внедрения результатов диссертационной работы аспиранта Белгородской государственной технологической академии строительных материалов Бредихина А.В. «Разработка шнекового пресса для производства изделий извысоконаполненных пластмасс»

154. Экструзия производилась с целью получения гомогенизированной полимерной композиции с максимально возможным значением прочности на сжатие полимер-песчаных изделий.

155. Экструзия осуществлялась в опытно-промышленном образце шнекового пресса для производства высоконаполненных пластмасс производительностью до 120 кг/ч. Были получены следующие технические характеристики:

156. Производительность.до 120 кг/ч,

157. Потребляемая прессом мощность.,.12 кВт,

158. Прочность изделий на сжатие—.25 МПа.

159. В результате проведения промышленных испытаний содержание полимера в композиции было снижено с 30% до 25%, т.е. экономия полимера составила

160. Расчетное значение планируемого годового экономического эффекта от использования шнекового пресса для производства высоконаполненных пластмасс за счет снижения расхода полимера составит в общей сумме до 15184016,7%.руб. в ценах 2002 г.

161. Управляющий ЗАО «Белгород^ии^экологический комплекс», Доцент каф. МО БелГТАСМ Аспирант БелГТАСМ

162. Протоколы лабораторных испытаний образцов полимерпесчаной смеси

163. СИСТЕМА СЕРТИФИКАЦИИ ГОСТ Р Испытательный центр «БелГТАСМ-сертис»308Q1J2 Рорсдя г. Белгород, ул. Костюкова, 46

164. Первый проректор БаЙГТ^.СМ по научной деятельности, or.'.uv'.^экономике и внешним связям, \1. В.СЛжсовлк

165. Аттестат аккредитации ГОСТ Р RU 9001.6.2.0025 зарегистрирован в Госреестре «22» октября 1999 г.

166. ЮЛ ИСПЫТАНИИ № 573 от 20 ноября 2002 г.

167. Испытания образцов проводили по методикам, согласованным с аспирантом Бредихиным1. А.В.

168. Результаты испытаний представлены в таблице 1.