автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.12, диссертация на тему:Исследование влияния технологических режимов переработки резиновых смесей в валковых экструдерах на качество получаемых заготовок



шяштадсши огд2на трудового красного знамени полишшческий институт

На правах рукописи

идш шксшр ваштшош

УМ [578.025.31+678.02&.46] :676.074.027.3

ксс'щдовашй влиянии гшологиЧесхж реж<ш

переработки рйзйновьа смесей в вамовых экструдерах на качество гшучшнх заготовок

05.17.12 - Технология хиучуха и резины

АВТОРЕФЕРАТ

дассертащщ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 1991 (¡/Ы*^^

/ >■

/

Работа выполнена в Волгоградском ордена Трудового Красного Значена политехническом институте

Научный руководитель: доктор технических наук, црсфессор Тябин Николай Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент «> Богданов Валерий Владимирович

кандидат технических наук, доцент Каблов Виктор Федорович

Ведущая организация: Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-техкологаческяй институт резиновой промышленности {ШЖТЖ

Завдта состоится Л, 1391 г. в // часов

на заседашш специализированного совета К 063.76.01 при Волгогра ском ордена Трудового Красного Знамени политехническом института Адрес: 4Ш&66, г.Волгоград, пр.Ленина,2&.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Болгоградско политехнического института.

Автореферат разослан ¿¿¿¿Ь/уш&у г.

Ученый секретарь специализированного

совета, кандидат технических наук, доцент ^/.¿¿¿^¿^г^Лукаспк В..

ОБЩАЯ Ш'АКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работц. Одним из направлений интенсификации пе~ ■ реработки полимеров и повышения качества получаемых полуфабрикатов а изделий является использование валковых экструдеров. Методом валковой экструзии производят гранулирование пластических масс и резиновых смесей, дегазацию синтетических каучуков.

В последние года в Волгоградском политехническом институте на кафедра "Процессы и аппараты химических производств" были разработаны и внедрены в яромналенность новые типы валковых экструдэров для гранулирования полимеров, изготовления заготовок профильных лент и листов большой твдишг из резиновых смесей, что позволило повысить производительность, улучшить размерное качество экструди-руегах заготовок, улучшить дегазацию перерабатываемого материала. Кроме того, при переработка полимерных отходов обеспечивается возможность загрузки больших кусков материала.

Внедрение валковых экструдэров в промышленное производство требует создания научно обоснованной методика расчета технологических режимов, обеспечивающих максимальную производительность и требуемое качество получаемою продукта.

Работа выполнялась в соответствия с координационным агздом АН СССР "Теоретические основы химической технологии" на 1981г1986 г.г. (код теш 61.6Г/03), комплексной научно-технической программой Минвуза РСФСР "Человек и округзщая среда" на 1985-1990 г.г. (код теш 61.13/05} и договорами на проведение научно-исследовательских , опытно-конструкторских и технологических работ .Волгоградского политехнического института с заводом РШРЗ г.Волкского и научно-исследовательским институтом КазНИШП, г.Казань.

Цель работы. Целью настоящей работы является исследование влияния технологических режимов переработки резиновых смесей в валковых экструдерах на качество получаешх заготовок и разработка на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований методики расчета технологических режимов, обеспечивающих максимальную производительность и исключаодих подвулканизацию розиновнх смесей.

Научная новизна. Разработана математическая модель неизотермического течения аномально-вязкой среда, описываемой степенным реологическим уравнением, в каналах, образованных двумя вращающимися цилиндрическими валками, а также вращающимся валком а непод-

видной стенкой, в случае противодавления, обусловленного наличием сопротивления на Еыходе из каналов. На основе математической модели разработан метод расчета основных характеристик процесса валковой экструзии полимерных материалов и алгоритм численного расчета поля температур в области деформации. Исследовано влияние противодавления на гидродинамику и тешерагурно-временной регшм при течении аномально-вязких материалов мезду валками, а такие между валком и неподвижной стенкой. Разработаны методы определения времени пребывания частиц материала в области деформации и расчета степени подвудканизэции резиновых смесей при переработке в валковых экст-рудерах дая оценки качества полу чаемых заготовок.'Предложена методика расчета рациональных технологических режимов переработки резиновых смесей в одно- и двухвалковых зкструдерах.

Практическая ценность. Разработанная методика расчета рациональных технологических режимов дает возможность определить производительность, давление экструзии, температуру разогрева перерабатываемого материала, рассчитать технологические режимы, обеспечи-взвдие максимальную производительность при отсутствии шдзулкаки-зации резиновых смесей, я использована при проектировании и внедрении валкового экструдера для изи>говлекия заготовок профильных лент и листов из резиновых смесей на Волжском регенератно-шиноре-монтном заводе. Экономический эд^екг внедрения составил 42037 руб.в год. Результаты диссертационной работы внедрены также в ка-учко-ксследовательску» и опытно-конструкторскую работы, выполняемые КазНИЛлП г.Казань при разработке валкового гракуляторз, что даст экономический эффект 41,5 тыс,руб.в год.

Апробация работы. По результата:/, выполненных исследований опубликовано 9 работ, получено 2 авторских свидетельства на изобретения. Основные полег.ения диссертационной работы докладывались на научных кон^ереждих Волгоградского политехнического института б 18Ь0-1369 годах, Всесоюзном научно-техническом совещании "Пути совершенствования, илтенси^икацца и повышения кадехности аппаратов в основной химии" г.Сумы, 19&0, 19&2 г.г., Ьс'асокзной научно-технической конференции "Процессы п аппараты производства полимерных материалов, методы к оборудование дал переработки их в изделия" г.Москва, 19&2 г., Всесоюзном симпозиуме "Теория механической переработки коликерних материалов" г.Пермь, 1&&5 г.

* Стуутсат-з и объем работы, диссертация состоит из введения, пяти глаз, выводов, списка литературы из 114 наименований и прилоке-

тя. Работа изложена на 215 страницах шшшюписного текста, содер-клт 97 рисунков, 9 таблиц.

3 рервой глава дана характеристика процесса валковой экструзии и применяемого оборудования, сделан анализ исследований про-, цессов течения полимерных материалов в рабочих органах валковнх шшшг и методов оценки качества получаемых заготовок. На основании проведанного анализа сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию процесса валковой экструзий аномально-вязкях гагериалов.

Рассматриваэтся установившееся, ламинарное течение аномально-вязкой среди, описываемой степенным реологическим уравнением, в каналах, образованных двумя вращающимися навстречу друг другу цилиндрическими валкаш, а гаккэ врадаадимся валком и нэподвияяой стенкой, л случае противодавления, обусловленного наличием сопротивления на выходе из каналов (рис.1,2). Полагаем, что среда несжимаема, перемещение материала вдоль образующей валка отсутствует. Так как движение материала происходи г с малой скоростью, а . вязкость среда веляка, то янарционннш и массовыми силами южно пренебречь.

Исхо.гная система дифференциалгншс уравнений движения, неразрывности, энергии и реологического уравнения в биполярной система координат , с учвтои принятых допущений, имеет вид:

СОДЕРШИЕ РАБОТЫ

й. /А/Л М- 1к1!\ ш п •

(I)

д

(2)

(3)

(4)

Уравнения (1}-(4) переходят в уравнения в декартовой система координат, если положить А=1.

Схема процесса двухвалковой аногрузии

Рис Л

Схема процесса одновалховой экструзии

Рис. 2

Для решения задачи дршшэогся следующие граничные условия: в % V с О иря £< = Л1; , V = о при си ; (5)

= О при а,КОС**!, £ ; р = Е, при г,Д. (6)

= Т„пра с*,«*< . р ; (?)•

= Т/при <*=«,, Т = Т» вря Й=Й», (8)

¡е граница зоны циркуляционного течения.

Зависимость реологических коэффициентов от температуры опирается уравнениями:

(Л~ряехр{-&(Т-70)Уг П'Пе + пЛГ-Т0). (9)

Из качественного рассмотрения физической картины течения ма-еряаяа в области деформации следует, что градиент давлений Щ в управления движения обусловлен уменьшением валкового зазора на

/ Эг1

5ходе в область деформации начиняем сопротивления на выхода 13 области деформация (например, в вида формующей головки) (ш)г:

''-(И). 401

При отсутствии сопротивления на выходе из области деформации (г>Д= 0, кривая распределения давлений в валковом зазоре имеет максимум. В сечении максимального давления пря /I = И* градиент давлений Щ = 0, профиль скоростей, линейный, а расход материала определяется выражением:

а - (^)К(^). ш)

При наличии сопротивления на выходе из области деформация градиент давлений в этом сечении ( Л = /¡# ), обусловленный наличием сопротивления - не равен нулю, а расход материала определится выражением, полученным интегрированием уравнения, описывающего поле скоростей, по всей глубине канала при =

о » (^Ю«*-«,) - . «а)

ас,

где координата линии нулевых напряжений сдвига. Приведем выражение (12) к виду:

, 4г т

где (у-ЩЩ^,) /(М-Ь-*,)(Г(Ц) - й,?ё<к. (14)

Физический смысл коэффициента К состоит в том, что К - это отношение расхода противотока к расходу вннуаденного потока и определяет влияние сопротивления на выходе из облаем деформации на величину расхода. £наченда К изменяется от нуля до единицы. Дрл отсутствии сопротивления на выходе из области дефоршцш

к*°> в*

В случае, когда выход материала из валкового зазора полностью закрыт, (дР/Эр)ЛгА*тах , К=1, Д=0.

Градиент давлений Щ и координата нулевых напряжении сдвига йд определяются в зависимости от величины противодавления, характеризующегося ко&к^Щяеитом К, численными ыетодаки аз решения следующей системы уравнений:

. (16)

V V, - Л/¡¿-«сГа*. (16)

дР

В изотермическом пркблизейии уравнения для определения Щ, и СГв приму V взд:

(I ' (УгЩН^ЮК-^Н/^Г-М-аоП аь)

ЗР

При известном ¿¡р, мокно найти распределение дазлений з области деформации: ^

Р(Р)* (19)

Л

Давление экструзия, т.е. давление перерабатываемого катериа-ла перед форсящей головкой, определяется с учетом граиачного условия (6): р3

Р£ - / • (20)

Р1

Распределение телшэратур и давлений з области деформации оп-)деляется методом конечных разностей при совместном решении урав-зний гидродинамики и уравнения энергии (3), записанного в конеч-я разностях- Показшго, что повышение противодавления ведет к су~ зственно;«у приросту температур а давлений в области деформации. »

В изотерическом щшблкт-ения, при переходе к безразмерным хо-рдинатам Гаскелла |, % , уравнения, определяющие давление зкст-уз;ш, аршвашют вид:

1) при симметричном течении ( ^ = , %-%)

Рг - ¡4(^2} Л Ц) \!] а^"*'-> (21)

2) при несимметричном течении { = «о , У/ =о)

п ! Иг I4 Дл*

Рг = /Ф+1)А7ГаI | 1!>Г7; {22)

Координата линия нулевых напряжений сдвига $о~ЗХ { ¿-1,2) в случае симметричного течения равна нулю, а несишетркчного ( К, = оо . V] =0) - определяется из следующего вирааения:

~ (т+гЦН-Ы"*'-Шт") '

где Д*= координата сечения максимального дав-

лешш при Рг=0.

На величину давления экструзии значительно влияет положение сечении входа и выхода области деформации, определяемые соответственно величиной загрузки л положением кромок скребковых но-;?.ей фор^ткзэй головки. Показано, что давление экструзии ?2 при значениях - 6 изменяется незначительно, достигая макси-

мальной величины. В нрактическнх расчетах кожно принять ^=-6, ?г.=-С. Относительная погрешность яри.этой но превыиает 2%. При -6 условия размещения крошк скребковых ноней будут следующий

Производительность валкового экстр/дера 5 определяется в результате общего решения двух уравнений, опионв&'Л'Вих внеьше характеристики оксгрудера и ¿ородк^ей головки, Решение гло:гет бкть найдено как численным, так и графическим методами. Уравнения (21)-(22)( устанавливающие связь кегду производительность*} 0. и давлением эк-

»

струзик Р4 при симметричном и несимметричном течениях, представляют собой соответственно внешние характеристики двух- и одновал-кового экструдеров.

Неизвестные значения коэффициента К, характеризующего противодавление, можно найти из следующих выражений:

1) при симметричном процессе

2) при несимметричном процессе ( оо , У} =0)

К-Н , И»

■ и а^т'о^оГ-ЯоГ'г!- { 5)

Зависимость производительности валкового зкструдера от величины минимального валкового зазора.носит экстремальна:' характер. Максимальная производительность шгег быть достигнута при оптимальной величине Но. Для симметричного процесса получено выражение дяя расчета оптимального значения минимального валкового зазора:

I (ин)ь ■\1 а*??*« ■ ш

Оптимальную величину ко дяя несимметричного процесса кокно найти из выражения (25) ври последовательном задана Но рада значений и определяя производительность.

В третьей глаза проведено исследование влияния технологических ремпмоз переработки резиновых смесей в валковых зксгрудерах на качество получаемых заготовок.

При разработке технологических реалов экструзии резиновых смесей, обесцечлБйкцях максимальную производительность, необходимо учитывать возможность цреадевременной. вулканизации, особенно при переработке высоковязких н склонных к годвудканиззцил резиновых смесей, которая ведет к искажению профиля, пористости, повреждениям поверхности получаемых заготовок.

Оценка качества заготовок производилась по степени подвулка-низэдда, ощ»деляемо2 с помощь« модифицированного критерия Бейлл:

где 7 - степень подвулканаэации резиновой смеси; Z - время нахождения резиновой смеси в процессе переработки; Т) - продолжительность индукционного периода вулканизации при Т = const-Т(£) - тепловая история процесса.

Величина интеграла 0 характеризует вероятность наступления подвулканазацки. Значение 7=1 соответствует наступлению лодвулка-низации резиновой смеси в процессе переработки. Качественные заготовки по показателю подвулканизащш могут быть получены при таких . технологических режимах, у которых Л<I. В случае, если значение . Cf близко к единице, режим считается недопустим.

Зависимость индукционного периода вулканизация от «¡температуры мозно определить экспериментально известными методами.

Степень подвулканизация резиновой смеси при переработке ее на валковом экструдере определяется суммой значений критерия Бей-ли в зонах поступательного и циркуляционного течений области деформации и формующей головке:

СГ ® J^trtfe.-* 3Чир.-+ зг (28)

Вследствие того, что тепловая история частиц резиновой смеси, движущихся по разным траекториям различна, расчет степени подвул-каяизацш! в зоне поступательного течения следует вести вдоль линий тока:

Элост* Д ' . (23)

где At*- время движения частицы между двумя соседним узлами конечно-разностной сетки; КАЕ1) - среднее значение температуры на участке, соответствующем времени ¿2?; т~ число узлов сетки вдоль линии тока.

Из нескольких значений критерия Бейли, полученных для разных .линий тока, выбирается максимальное.

В случае ориентировочной оценка степени подвулканизащш критерий Бейли для зоны поступательного потока можно рассчитать приближенно:

(Тлеет.)

/постуй. т_____/«7?.......1 7 (30)

где Ъс/г среднее время пребывания частиц материала в области деформации; Т пост*-— средняя температура материала в поступательном штоке.

Исходя из объ|ма материала, находящегося в области де&орма-ции, и объемной производительности экструдера, получены уравнения для определения среднего времени пребывания частиц материала в области деформации одно- и двухвалкового экструдера.

Степень подвулкализации резиновой смеси в зоне циркуляции находится из следующего выражения:

---- ' (з1)

где Г^- время пребыванпя частиц материала в зоне циркуляции; средняя температура материала в зоне циркуляции.

Время пребывания частиц в зоне циркуляции мэшю найти при известном максимальном времени пребывания. Уравнения, по вводящие ' рассчитать максимальное время пребывания частиц материала в области деформации двух- я одновалкового экструдера, были получены на основании экспериментальных исследований.

Степень шдвулкакизадли резиновой смеси в формукце;: головке можно определить следующем образом;

Зг

где Тг - среднее время пребывания резиновой смеси в формующей головке; Тг - средняя температура резиновой смеси в формущей головке.

Исследование влияния технологических режимов на степень под-вулканизация резиновой смеси ярозодаиос* га сг:.:оге расчета критерия Бейли для разных режимов переработки.

В качестве объектов исследования балл взяты резиновые смеси на основе каучуков СКИ-3 + С£.1С-30АРК.1-2?, СКЕ-18, СКИ-40, составы которых приведены в главе 4.

Зависимость индукционного периода вулканизации исследуемых резиновых смесей от температуры рассчитывалась, на основе

спериментальных данных но кинетике вулканизации, полученных с 'М01ДЬЮ вискозиметра ¡¿уши

Исследовалось влияние на степень подвулкакизации противодав-¡ш1я, характеризующегося коэффициентом К, температуры перерабаты-1емой смеси и валков, скорости вращения валков и величины запаса сериала. Влияние каздого исследуемого технологического параметра хежвалосъ варьированием его значений в определенных пределах при 1Ксированных значениях всех остальных. На рис.3-4 показана завя-ii.iocть степени иодвулканизации резиновой смеси на основе каучука аН-16 от технологических режимов переработки в двух- и одновалко-эм экструдерах.

Полученные графики показывают область допустимых технологи-есклх режимов переработки, при которых в экструдируекых заготов-ах будут отсутствовать дефекты, обусловленные подвулканизацией -езиновых смесей. Релыш, характеризующиеся -значениями степени ;одвулканизации У $>1, являются недопустимыми.

На рис,5-6 показано влияние скоростного редима переработки )йзпново5 ci;ec:: на основе каучука CKH-4Q в двухвалковом экструде-z:a степень подвулканизацаи при различном содержании фтаяевого мгидряда (0,1,5 масс.ч.) и техуглерода Д-234 (40,60,60 масс.ч.).

Четревтая глава посвящена экспериментальным исследованиям с делью проверки полученных теоретическим путем результатов расчета сехнологнтесках параметров, распределений температур я давлений в залковом зазоре; определения временя прерывания частиц материала' з области деформации двух- и одновалкового экструдеров, а также определения влияния технологических режимов переработки резиновых смесей на качество получаемых заготовок.

Эксперименты проводились на лабораторном валковом экструдере Я =0,04 м, L =0,16 м, оснащенном плоско щелевой фориукцей головкой, системой терморегулирования и контрольно- измерительной аппаратурой, в двух- и одаовалковом вариантах. Б качестве объектов исследования были выбраны резиновые смеси, используемые в шиноремонтном производстве я производстве резиновых технических изделий, содержащие следующие основные компоненты: I) СХИ-З + СК.'.С-ЗОАРКа-27 (30:70), оеру, сульфенамид Ц, альтакс, оксид цинка, стеариновую кислоту, фтадевый ангидрид, технический углерод П-234; 2) CKH-IB, серу, альтакс, тиурам, оксид цинка, технический углерод 2-603; 3) СШ-40, серу, альтакс, сульфенашд Л, оксид цинка, стеариновую кислоту, технический углерод П-234.

Зависимость степени подвулканизации <3 от технологических режвлов двухвалковой экструзии резиновой смеси на основе каучука СКН-18

д

>,(о

0.3 0,8 0,7 0,6 0,5 0.1 0,ь 0.2 0.1

0 0,1 1 , ' 0,1 0,4 0,5 ЦВ Ц1 О.В цэ К

2 \ 3 * 5 б & .—1

0,05 } ...... 0.10 1 0,15 ■ ОМ 0А5 У,к/С

Ж 353 363 373 385 т,к

Основной режим: V =0,05 м/с; Л0 =0,001 м; =4; К=0,4; Т0=Т,=Тг=353 К.

Рис.3

Зависимость степени нодвудканизацли 7 от технологических рекиюв одно валковой экструзии резиновой смеси на основе каучука СКН-18

Зависимость степени подвулканкзащш J для резиновой смеси на основе СХН-40 с различным содержанием фта-левого ангидрида от скорости вращения валков V

М-

O.S 0,5 0,4 0,3 0,2 0.1

°Ц10 0,15 Ojo 0,25 OJ>D V,H/C

Ре:жм: hBЫЗ.ООХ и; §,=4; К=0,4; Тв =Т, =Т4 =373 К.' Содарзаш.« йталезого ангидрида: I--0 масс.«.; 2-1 масс.ч.; 3-5 мзсс.ч.

Рис.5

Зависимость степени подоулкакпэацип 7 Д'ля резиновой смеси на основе CKH-4G с различным содер.'.-зкие:л тех-углерода П-234 от скорости вращения валиоз V

У-ю* 0,6 0.5

Qfi

0,3 O.Í 0.1

0,10 0,15 0,20 ОЛ5 0.10 V,M/C

Реотм: ha-0,001 м; - 4; К=0,4; ТС=Т, =?2=3'73 К. Содержание техуг.терода П-234: I-4G масс.ч.; 2-60 масс.ч.; 3-&0 масс.ч.

Рис.б

Исследование температурных полей проводилось с помощью хро-ль-колелевых тершцар, смонтированных на горца тонкой стальной рогородки на выходе из области деформации. Распределение давле-я в валковом зазоре определялось тенэомэтричесяш методом с по-щью тензоусилителя 8Ш1-''М л светолучевого осциллографа Н044.1.

На рис.7-6 представлены теоретические и экспериментальные ивне распределения давления в области деформации двух- и одно-лковэго экструдеров, полученные при различных значениях сопрошения формущей головки. сальное расхождение между теоре--тескиш и экспериментальными значениями составляет 16$.

На рис.9-10 показаны распределения температур в области де-Фмацпи (§=2,5) двух-и одновалкового экструдеров, полученные [слонным расчетом и экспериментально прд различных сопротивлеки-: формующей головки.

Метод определения времени пребывания частиц исследуемого ма-зрпала в области деформации в настоящей работе основан на снятии зивых отклика, для чего на входе в лабораторный валковый экстру-зр в резпкодр смесь вводился индикатор в видо паточной резино-эй с:.:еси с добавлением мелкодисперсной пудри гамма окиси железа и непрерывкой регистрация изменения концентрации индикатора потоке модельной среды, дая чего использовалась измерительная сегла, ькличавдая рабочув и компенсационную катушки индуктивности, азкочастотшй генератор ГЗ-2, фазочувстаитедьный мост и сакопи-ущий г.-лкроа'.шерглшпазольтмэтр пша Н373-2.

В экспериментах иеследовакось влияние на распределение вре-ени пребывания частиц материала в области деформации двух- и од-оьатаового зкструдеров сопротивления не выходе области дефорш-пя, скорости вращения е&тков и величины запаса штериала (рас.II-2).

С использованием математических методов шинирования экспе-пыеата получены уравнения регрессии, аппроксимирующие зависнуть Г^к.у,^):

1) симметричны;! процесс валковой экструзии

'та,=ехрН,В5 +9,69К-17,89 У1-)

2) несиг.иотрячяый процесс валковой экструзии

- 0,0053 VI;+2,61 к'+30,22 V2-0,069$?). (34)

Распределение давления ? в осшаоти деформация двухвалкового экструдера при переработке резиновой сыеси на основе СКИ-3 + СЮ,!С-30АРКМ-27

(К=0,1) ;3-Д.=0,524ь/ (К-0,01); (-теория,---эксперимент).

Режим: У =0,С5:.*/с; А, =6,001«; -4; Т,=Т,=Те=333 К.

Рис. 7

Распределение давления Р в области деформации одноЕалкового эксгрудера при переработке резиновой смеси на основе СКН-3 + Сг^С-30АЕС1-27

Сопротивление формующей головки: 1-Аг=0,00211/ (К=0,64) ;2-£г=0,047

(К=0,4);3-кг=0,524м3(К=0, 2); (-теория(---эксперимент).

Рекиы: V =0,С5:."Ус; Л,=0,001м; =4; Тл=Т(=Тг=333 К.

Рис.8

деление температуры Т в области деформация двухвалкового дера ( ^ =2,5) при переработке резиновой смеси на основе СКИ-3 + СХ!,:С-30ЛРКМ-27

^ -...... 1—1,—-».-.——.-..1,^ ......-............ . ^

О 0,7¡5 Щ 2Щ г,90 3,525 4,35 5.075 5.80 6,525 7.25 МО,»

тпвленле £ор:.;уювдй головки: 1-^=0,0021^ (К=0,2)-,2-^=0,0476}/

1);3-6г=0,524м (К=0,С1 ); (-теория; о,*, л -эксперимент).

;: У=0,С5м/с; Лг=0,С01м; Т„=Т, =Та=333 К.

Рис.'з

«дележе температуры Т в области деформации одновалнового удера ( ^ -2,5) при переработке резиновой смеси на основе СКИ-З + С:^1С-30АКС1-27

О 0,725 1,ЧЬ 2,90 4«5 4,35 5.075 5,80 5.525" /,!5 Ь-Ю,М

этпзлекие формующей головки: 1-^=0,0021!^ (К=0,64) ;2-£г=0,0478м'

,4);3-£г=0,524ы3 (К=0,2); (-теория; о,х,й. -эксперимент).

я: У=0, 05м/с; Ь>=0,СЫЫ; £,=4; Т0='Г, =Т£ =333 К.

Ряс.10

Зависимость среднего и максимального ГящВреыен пребывания частиц материала в области деформации двухвалкового-эксгрудера от

коэффициента К

0,1 ОД Ц5 ОА 0/5 0,6 0,7 0,8 0,9 К

Скорости врацекия валков: V, =0,05м/с; =0, 1См/с; 15м/с.

Рис. II

Зависимость среднего Г«^ и шксшального Г^времен пребывания частиц материала в области деформации одновалковэго экструдера от коэффициента К

0,1 С,г ЦЗ Ц* 0,5 0.6 0.7 0,в 0,9 К

Скорости вращения валков: V, =0,1См/с; =0,15м/с.

Рлс.12

Исследование влияния технологических режимов на качество за->вок проводилось на экспериментальном одаовалковом экструдере получения лиогових заготовок из склонной к подвулканизации ре->вой смеси на основе каучука СКН-18 при различных режимах пере-5 ТКИ.

Степень подзулкаяизация рассчитывалась с учетом тепловой дели исследуемой резиновой смеси на всех стадиях переработки. Ка-' гво заготовок определялось по наличию дефектов, обусловленных здевременной вулканизацией резиновой смеси. Результаты исследо-ия нриведеш в таблице I.

Таблица I

Результаты оценки влияния решшоа переработки резиновой смеси на основе каучука СКН-1& в одновалковом экструдере. на качество листовых заготовок

Темпер. Темпер. :скор. : Высота :Степ. :вид

- рабочих резин. :зращ. •згшаса :целя :под- .-брака

органов смеси ¡валка •матер. |головки ;вулк. ;загот.

Т<<а,К Т0, К :' V, м/с : Лг,м : Зойц.

[ 343 2 2 339 0,05 ' 4 0,001 0,372 отсут.

2 343 - 2 341 1» 0,002 0,282 н

3 353± 2 354' I» — "— 0,001 0,622

4 353« 2 352 —— 0,002 0,530

5 353- 2 356 м 0,003 0,572 (1

е 363 * 2 355 И 0,001 1,128 подвулк

7 353 ±2 352 —" — 0,002 0,574 отсут.

Б 363 £2 351 0,003 0,472

5 373 ±2 356 II 0,002 1,048 подвулк

.0 373 -2 354 м 0,003 0,638 отсут.

Подвулканизадия резиновой смеси сопровождалась появлением на «струдируемнх листовых заготовках таких дефектов, как рваные кром-I, поврездения поверхности.

Полученные результаты показывает возможность оценки влияния :хнологЕческих режимов переработки резиновых смесей в валковых кструдерах ка качество получаемых заготовок с помощью разработан-эго метода расчета степени подвулканизации.

В пятой главе представлена методика расчета технологически режимов переработки резиновых смееей в одно- и двухвалковом экс рудерах, которая дает возможность определить производительность давление экструзии, температуру разогрева перерабатываемого мат риала и рассчитать режимы, обеспечивающие максимальную произвол тельюсть при отсутствии подвулканизацли и связанных с ней дефе тов получаемых заготовок»

ОСНОВНЫЕ ШВОДЫ

1. Разработана математическая модель неизотермического про десса течения аномально-вязкой среды, описываемой степенным рео гическим уравнением, в каналах, образованных двумя вращающимися цилиндрическими валками, а такяе вращающиеся валком и неподвяян стенкой с учетом противодавления, созданного сопротивлением на ходе из каналов.

2. Ба основе математической модели получены уравнения для расчета технологических параметров, разработан алгоритм и соста лена программа численного расчета поля температур в области деформации при симметричном и несимметричном процессах валковой э струзии полимерных материалов.

3. При численном исследовании показано влияние на температ ное поле противодавления, реологических, теплофизических свойст перерабатываемого материала и основных технологических параметр

4. Разработан метод экспериментального определения времени пребывания частиц материала в области деформации, позволяющий и пользовать в качестве модельной среда полимерные материалы без ыенения их реологических свойств.

5. Получены зависимости максимального и среднего времен пр бывания частиц материала в области деформации двух- и одновалко го экструдеров от сопротивления на выходе области деформации, с рости вращения валков и величины запаса материала.

6. На основе математической модели неизотермического проце валковой экструзии полимерных материалов разработан метод ¿пред ления степени подвулканизации резиновых смесей при переработке валковых экструдерах.

7. Разработана методика расчета технологических режимов се реработки резиновых смесей в валковых экструдерах, позволяющих

обеспечить максимальную производительность при отсутствии подвул-кашгзаши резиновых смесей и связанных с ней дефектов получаемых заготовок.

б. Методика расчета рациональных технологических режимов ис-_. пользована при проектировании и разработке технологического режима валкового экс труд ера юи. изготовления заготовок профильных лент и листов а валкового граяулятора, от внедрения которых общий экономический эффект составляет 63,5 тыс.руб.в год.

Условные обозначения

h- метрический тензор биполярной системы координат; метрический тензор в сечения максимального давления (Р2 =0); ct0- координата нулевых напряжений сдвига в биполярной системе координат;

координата сечения максимального давления (Р£=0) в координатах Гаскелла; fo- координата нулевых напряжений сдвига в координатах Гаскелла; h0- величина минимального валкового зазора; -радиус ватка; L - длина рабочей части ватка;- Vf , V2 - окружные скорости вращения валков; T<j- температура материала на входе в область дэ^лрмацип; Т/, температуры поверхностей валков; J> - плотность;-Сц- удельная теплое;,жость; Л - коэффициент теплопроводности.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Тябин Н.Б., Скробш Ю.Б., Ильин A.B., Кондратович В.Г. Исследование процесса грануляции полимеров валковым методом // Тез. докл.Зсесоизн.каучн.-техн.совещ. "Пути совершенствования, интенсификации и повыпения надежности аппаратов в основной химии". - Су-

га, IS80.-C.24.

2. Ильин A.B., Скробнн Ю.Б., ¿прнов А.Г. Исследование процесса экструзии резиновых смесей на валковом экструдерэ // Реология, процессы и аппараты химической технология. -¡де^зуз.сб.-Волгоград: БПП, 1962.-С.73-7?.

3. Тябин Н.В., Скробин Ю.Б., Кдыщ A.B. Исследование работы валкового гракулятора для полимерных материалов // Материалы второго Зсесоызн.научн.-техн.совещ. "Пути совершенствования, интенсификация и повшсккя кадешэсти аппаратов з основной химии. - Суш, rS62.-C.70.

4. Тябин Н.Б., Ильин А.З., Скробин U.B. Теоретический анализ

процесса гранулирования полимерных материалов методом валковой с струзии // Там ме. - С.71-72.

5. Табин Н.В., Ильин A.B., Скробин Ю.Б. Определение технолс гических параметров процесса изготовления полимерных листов мете дом валковой экструзии // Тез.докл.Всесошн.научн.-техн.конф."Щ цзссы и аппараты производства полимерных материалов, метода и ос рудованке для переработки их в изделия".-М.: МШ, 1962.-С. 70-71

6. Ильин A.B. Течение ньютоновской среды в рабочих органах ваткового экструдера // Тамке. -С. 129-130.

7., Ильин A.B. Гидродинамический анализ процесса валковой эз струзии ньютоновской гладкости // Реология, процессы и аппараты : шческоп технологии. - Ыеквад.сб.науч.трудов. - Волгоград: Болг1 1963. -С.70-76.

Б. ItoKH A.B., Скробян Ю.Б. Течение адомааьш-вязкой лщдао< в рабочем зазоре валкового экструдора // Реология, процессы и аз раты химической тэхнологи;1. - Сб.науч. трудов - Волгоград: ВолгИ

im: -слое-га.

9. Ильин A.B., Голованчиков А.Б., Скроопн Ю.Б. Структура в< тока при валковой экструзии полимерных материалов // Тез.докл. Ш Всесоюзного симпозиума "Теория механической переработки полш.:< ных материалов". - Пермь, IS65.-C.73.

10. A.c. 793796 СССР, ККЙ*В 29 F 3/012. Дисковый экструдер д изготовления армированных полимерных профильных изделий /Ю.Б.Ск; бин, А.В.Ильин, А.Г.йгрнов. - Опубл.Б.И., 1981, Ы.

11. A.c. 1006256 СССР, МКИ*В'2ЭЯ 3/012. Валковый экструдер /Н.В.Тябкя, А.В.ИпкаГи др. - Опубл.Б.И., I9&3, Ш.

Подписано в печать I3.03.9ir. Заказ JS ffi . Формат 60 х 64 I/J Усл. печ. л. 1,0. Tapas 100 экз. Печать плоская. Бесплатно.

Межвузовский ротапринтный участок Волгоградского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института. Волгоград 66, ул.Советская,35.