автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Получение композита с заданными показателями качества из вторичного полиэтилена в смесителе периодического действия

ГУРЕЕВ Сергей Сергеевич

ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИТА С ЗАДАННЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ КАЧЕСТВА ИЗ ВТОРИЧНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА В СМЕСИТЕЛЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (химическая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 О НОЯ 2011

Тамбов 2011

005001654

Работа выполнена на кафедре «Технология полиграфического и упаковочного производства» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»),

Научный руководитель Официальные оппоненты:

Ведущая организация

кандидат технических наук, профессор Клинков Алексей Степанович

доктор технических наук, профессор Скуратов Владимир Кириллович,

доктор технических наук, профессор Попов Николай Сергеевич

ГП «Центральное конструкторско-технологическое бюро полимерных материалов», Москва

Защита диссертации состоится «¿У» ЬЮяЗ/цйОи г. в^-^часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.02 при ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, д. 1, ауд. 60.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, ФГБОУ ВПО «ТГТУ», учёному секретарю диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: 393032, г. Тамбов, ул. Мичуринская, д. 112, корп. «Б», а с авторефератом дополнительно - на сайте www.tstu.ru.

Автореферат разослан <<Л&у> Октября 2011 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

В.М. Нечаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Соответственно объёмам потребления полимеров образуется значительное количество их отходов, создающих серьёзную опасность для окружающей среды и человека. Повторная переработка решает проблемы охраны окружающей среды и восполнения дефицита первичного полимерного сырья.

Решением проблемы создания качественных полимерных материалов и изделий из вторичных термопластов является их модификация. Современные тенденции модификации полимерных материалов сводятся к введению малой доли мелкодисперсной фазы модифицирующей добавки. Для успешного протекания таких процессов наполнитель необходимо активировать. В настоящее время наиболее распространены полимеризационное наполнение и химическое аппретирование, но они требуют больших трудо- и энергозатрат, поэтому наиболее приемлемой является механохимическая активация.

Традиционным способом механохимической активации является механическое смешение расплава или раствора полимера с дисперсными наполнителями на специальном оборудовании. Но получение композиционного материала с хорошими механическими свойствами таким способом затруднено из-за неравномерного распределения малой доли наполнителя в большом объёме высоковязкого полимера, что делает данную работу актуальной.

В связи с этим научное и практическое значения имеют проведённые в настоящей работе исследования процесса модификации отходов термопластов на разработанном устройстве, созданная методика определения интегрального критерия качества, а также методика инженерного расчёта конструктивных и режимных параметров смесителя и процесса модификации отходов термопластов с учётом заданного качества получаемого вторичного сырья.

Цель работы. Диссертационная работа посвящена исследованию процесса модификации вторичного полиэтилена высокого давления (ВПВД) техническим углеродом (ТУ).

В соответствии с этим в данной работе решались следующие задачи:

- анализ современного состояния в области утилизации и вторичной переработки отходов полимеров;

- обзор существующих методов модификации вторичных полимерных материалов;

- разработка способа модификации вторичных полимеров;

- создание лабораторного стенда для изучения процесса модификации отходов полимеров с изменением в широком диапазоне режимных и конструктивных параметров;

- исследование влияния конструктивных и режимных параметров смесительного оборудования и процесса модификации на показатели качества получаемого композиционного материала (предел прочности и относительное удлинение при разрыве), а также определение значения суммарной величины сдвига, при котором показатели качества композита являются наилучшими;

- разработка методики расчёта и программного обеспечения для определения интетралыюго критерия качества - суммарной величины сдвига, характе-

ризующей влияние различных режимных и конструктивных параметров процесса на физико-механические показатели получаемого композиционного материала;

- создание методики инженерного расчёта основных параметров процесса смешения и конструкции смесителя с учётом заданных показателей качества получаемого композита;

- внедрение разработанного способа модификации термопластичных отходов полимеров на двухроторном смесителе.

Научная новизна работы. Обоснованно использование суммарной величины сдвига как интегрального критерия качества процесса получения композиционного материала из вторичных термопластичных материалов на смесителях периодического действия.

Получены уравнения для расчёта суммарной величины сдвига, позволяющие установить корреляционную связь между конструктивными параметрами оборудования и режимными параметрами процесса получения композита и показателями его качества.

Разработаны методики для расчёта суммарной величины сдвига, характеризующей влияние режимных параметров процесса смешения и диспергирования, различных конструктивных параметров рабочих органов на показатели качества получаемого композиционного материала.

Экспериментально подтверждены возможность и правомерность использования суммарной величины сдвига в качестве интегрального критерия качества.

Практическая значимость. Разработан способ модификации отходов термопластичных полимеров на смесительном оборудовании периодического действия с учётом предварительной активации вводимого наполнителя и без неё, и определены его режимные и конструктивные параметры, при которых достигаются наилучшие физико-механические показатели получаемого композиционного материала.

Разработано программное обеспечение для расчёта суммарной величины сдвига в зонах деформации смесителей периодического действия, которое подтверждено свидетельствами о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Создана методика инженерного расчёта параметров процесса получения композитов с заданными показателями качества и даны рекомендации по проектированию вновь разрабатываемого и модернизации существующего смесительного оборудования для модификации отходов термопластичных полимеров с учётом заданной производительности и рационального значения интегрального критерия качества получаемого композита.

Создан лабораторный стенд смесителя периодического действия, позволяющий исследовать процесс модификации широкого класса отходов термопластичных полимерных материалов и варьировать в широком диапазоне режимными параметрами процесса (частотой вращения, температурой смеси) и конструктивными параметрами оборудования (геометрия роторов).

Разработанные методика инженерного расчёта параметров процесса получения композитов с заданными показателями качества и программное обеспечение приняты к использованию на ОАО «НИИРТмаш» (г. Тамбов) при проектировании промышленных смесителей для модификации отходов термопластов

и резиновых смесей, расчётный экономический эффект от внедрения агрегата составляет 186 тыс. р. Полученный на разработанной установке композиционный материал на основе вторичного полиэтилена высокого давления и активированного технического углерода используется на НПП ООО «Эласт» (г. Тамбов) в производстве полиэтиленовых труб методом экструзии.

Программное обеспечение на ЭВМ для расчёта основных параметров процесса смешения и конструкции применяемого смесительного оборудования используется в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 240801, 261201 в дисциплинах «Оборудование для производства полимерной тары и упаковки», «Оборудование для переработки полимерных материалов», «Утилизация упаковки» и магистров по программе 150400.26 в дисциплинах «Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов», «Оптимизация режимных и конструктивных параметров технологического оборудования».

Автор защищает. Расчётные уравнения для определения суммарной величины сдвига, позволяющие установить корреляционную связь между режимными и конструктивными параметрами получения композита (частота вращения рабочих органов, время процесса, температура смеси, геометрия фигурной части роторов) и показателями его качества.

Устройство, позволяющее оценивать и прогнозировать показатели качества получаемого композита.

Методику инженерного расчёта режимных и конструктивных параметров процесса получения композитов с заданными показателями качества.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 2-й и 3-й Международных научно-практических конференциях «Прогрессивные технологии развития», «Наука на рубеже тысячелетий» (Тамбов, 2005-2006 гг.); Международном конкурсе Italian Packaging Technology Award 2007 (Москва, 2007 г.); Всероссийском смотре-конкурсе научно-технического творчества студентов ВУЗов «ЭВРИКА-2007» (Новочеркасск, 2007 г.); Всероссийской научно-инновационной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент» (Тамбов, 2009 г.); XIV Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2009 г.); Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодёжи «Проведение научных исследований в области индустрии нано-систем и материалов» (Белгород, 2009 г.); I Международной научно-практической конференции «Аспекты ноосферной безопасности в приоритетных направлениях деятельности человека» (Тамбов, 2010 г.). Работа выполнена в рамках ФЦП № 14.740.11.0141 по теме «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области многофункционального приборостроения для промышленных систем управления».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 28 работ, в том числе 3 статьи в журнале из перечня ВАК РФ.

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников и приложения. Содержит 149 страниц основного текста, 77 рисунков, 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано краткое содержание работы, обоснованы её актуальность, научная новизна и практическая значимость.

В главе I «Литературный обзор» проведён литературный обзор современного состояния в области утилизации, вторичной переработки и модификации отходов термопластичных полимерных материалов.

Проанализирован рынок производства и потребления термопластичных полимерных материалов. Приведена классификация отходов полимеров и методы «борьбы» с ними.

Проведён подробный анализ по методам модификации полимерных материалов и применяемому оборудованию.

Первая глава завершается постановкой задач исследования.

Глава 2 «Описание способа модификации отходов термопластов в смесителях периодического действия и экспериментальной установки». В соответствии с поставленной задачей и целями научного исследования был разработан способ и подобрано оборудование для введения углеродного наполнителя в матрицу полимерных отходов.

Способ осуществлялся следующим образом: промытые и высушенные отходы с содержанием посторонних примесей не более 5% подвергаются сортировке. Делаются навески полимера и наполнителя. Подготовленные отходы и наполнитель одновременно загружаются в рабочую камеру смесителя, где вращающиеся рабочие органы затягивают их. Далее происходит смешение и диспергирование в течение времени, заданного выбранным технологическим режимом. Затем смесь выгружается на валково-шнековый агрегат для получения на выходе гранул, которые направляются на дальнейшую переработку.

Для исследования процесса была создана экспериментальная установка (ЭУ) на основе смесителя Брабендера, как устройство, позволяющее оценивать и прогнозировать показатели качества получаемого композита, изменяя в широком диапазоне режимные и конструктивные параметры. Установка (рис. 1) состоит из смесительной камеры 4, станины с приводом 2, 3 и электрооборудования 1.

Смесительными органами являются два ротора 5 специального профиля, вращающиеся в противоположные стороны. Вращение роторов осуществляет мотор-редуктор 2; второй ротор получает вращение от приводного через зубчатую передачу 3 с передаточным отношением 1,5. Частота вращения рабочих органов регулируется в диапазоне 30...90 об/мин. Камера обогревается шестью трубчатыми электронагревателями.

Шкаф управления 1 (рис. 1) предназначен для управления электроприводом смесителя и поддержанием температуры в рабочей зоне.

С целью интенсификации процесса диспергирования и изучения влияния различных конструктивных параметров на качество получаемого материала разработаны рабочие органы б

Рис. 1. Схема устройства для исследования процесса получения композита:

1 - шкаф управления;

2 - электродвигатель;

3 - фрикционные шестерни;

4 - смесительная камера;

5 - смесительные органы

с различной геометрией их фигурной части (рис. 2). Минимальный зазор при использовании любой из предложенных конфигураций составляет Ь0 = 0,15 мм, что обеспечивает высокую сдвиговую деформацию. Конфигурация гладких рабочих органов (фигурная часть в виде гладких валков) позволяет достичь максимальной величины сдвига за короткий промежуток времени. Для обеспечения продольного перемещения материала разработаны рабочие органы с наклонной нарезкой фигурной части: рифлёные (фигурная часть в виде рифлёных валков) и винтовые многозаходные (фигурная часть в виде многозаход-ной винтовой нарезки).

винтовые

овальные гладкие рифлёные многозаходные

Рис. 2. Исследуемые фигурные части рабочих органов

В качестве объекта исследования принят периодический процесс модификации техническим углеродом марки К-354 отходов полиэтилена высокого давления (ГОД) производственного и общественного потребления, а также первичного полиэтилена высокого давления марки 15803-020 на ЭУ. Отходы ПВД выбраны в качестве объекта исследования в связи с тем, что они составляют 38% от всего объёма отходов термопластов в Российской Федерации.

Глава 3 «Экспериментальные исследования процесса введения технического углерода во вторичный полимерный материал» посвящена экспериментальным исследованиям процесса модификации ВПВД предварительно активированным и неактивированным ТУ на экспериментальной установке.

Исследован периодический процесс смешения и диспергирования ВПВД с ТУ марки К-354 на экспериментальной установке.

Первоначально проведены экспериментальные исследования по выявлению зависимости деформационного воздействия от геометрии фигурной части рабочих органов, используемых в процессе смешения. С каждой парой рабочих органов был проведён ряд исследований при одинаковых режимных параметрах (С= 1%, Т= 150 °С, t = 5 мин, п = {30, 45, 60, 75, 90} об/мин). В результате получены графические зависимости (рис. 3), анализ которых показывает, что физико-механические характеристики композиционного материала в значительной степени зависят от геометрии фигурной части рабочих органов. Наилучшие результаты получены при использовании овальных роторов, прочность на 13% выше, чем при использовании роторов других конфигураций. Оценка степени смешения подтвердила выбор овальных роторов (рис. 4).

Проведены эксперименты по выявлению рационального технологического режима процесса получения композиционного материала на основе ВПВД и ТУ.

Эксперимент по выявлению изменения величины полезной мощности, затрачиваемой на процесс во времени при различных частотах вращения рабочих органов смесителя показал, что для получения качественной смеси требуется время в промежутке 5... 8 мин.

1 А— --■й-

в- -н

/

о

) 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 . -овальные -^-гладкие -е-ри(|шеные -А-вннговые многозаходные ♦ Полезная шшлпз

Рис. 3. График зависимости прочности при разрыве и полезной мощности от суммарной величины сдвига при использовании рабочих органов с различной геометрией фигурной части

о.а

0,7 0.6 0,5 0,4 0 Л 02 0,1 0

овальные 7-3510.9

рифлёные многозаходные

7 = 29668.1 7 =105417,8

гладкие

Рис. 4. Сравнение индекса смешения при достижении оптимальных значений суммарной величины сдвига на рабочих органах с различной геометрией фигурной части

В результате проведённых экспериментальных исследований, в ходе которых на устройстве с овальными рабочими органами ТУ вводился в ВПВД, были построены графические зависимости, позволившие выявить рациональный технологический режим, при котором был получен композит с наилучшими физико-механическими показателями. Значения управляющих параметров этого режима: и = 60 об/мин; С = 0,5%; Г = 5 мин; Т = 150 °С. Значения показателей качества композиционного материала, полученного при данных управляющих параметрах: ПТР = 1,684 г/10 мин; ат = 10,83 МПа; оР = 13,851 МПа; е = 597,6%; /= 0,73.

Проведён ряд экспериментов при следующих режимных параметрах: Т= 150 °С; / = 5 мин; С = 0,5%; п = {30, 45, 60, 75, 90} об/мин, - с целью сравнения физико-механических характеристик модифицированного и немодифициро-ванного первичного и вторичного материалов. Анализ графической зависимости (рис. 5) показывал, что прочность композита на основе ВПВД и ТУ по сравнению со вторичным немодифицированным материалом улучшилась на 18...40%, что говорит о возможности использования в качестве модификатора ТУ.

Проведены экспериментальные исследования по выявлению воздействия, оказываемого на получаемый композиционный материал, различными способами предварительного активирования вводимого ТУ. Использовались следующие способы: активирование в шаровой мельнице, воздействие ультразвуком на ТУ, активирование посредствам многократного пропускания ТУ через минимальный межвалковый зазор вальцов.

15 14

13 12 11 10

Рис. 5. График зависимости прочности при разрыве исследуемых материалов от суммарной величины сдвига

Предварительно для каждого способа были отработаны режимы, при которых получаемый композит обладал бы наилучшими свойствами: шаровая мельница - частота вращения и = 25 об/мин, время воздействия / = 20 мин; межвалковый зазор вальцов - количество пропусков г = 3 раза; ультразвуковая установка - время воздействия г = 1 мин, частота - 22 кГц.

Рис. 6. График зависимости прочности при разрыве от суммарной величины сдвига для композита модифицированного активированным ТУ

Из графика (рис. 6) видно, что наиболее эффективным является способ предварительного активирования ТУ посредством его многократного пропускания через минимальный межвалковый зазор вальцов, и введение в полимерную матрицу активированного таким способом ТУ способствует увеличению прочности композита на 10% по сравнению с композитом, модифицированным неактивированным ТУ.

Глава 4 «Определение значения интегрального критерия качества» Анализ литературных источников показал, что в основу интегрального критерия качества может быть положена суммарная величина сдвига, возникающая в зазорах перерабатывающих машин.

В диссертации решена задача по определению суммарной величины сдвига в рабочих зонах смесителей с овальными роторами двумя способами.

8

1500 2000 -е-ПВД

2500 ЗООО

-ж-впвд

3500 4000

-е-пвд+ ту

У

4500 5000 5500 -В-ВПВД + ТУ

у

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500

-*К-ВПВД -©-ВПВД + ТУ. активированный в шаровой мельнице -в-ВЦВД+ТУ

-О- ВПВД + ТУ. активированный ультразвуком

-й- ВПВД + ТУ, активированный многократный пропусканием через минимальный мсзчкиковын зазор

В первом методе на основе работ Торнера Р.В. и Богданова В.В. получено уравнение для определения величины сдвига, которая накладывается на материал за всё время процесса у:

и

1К

к-к

1+-

к-к

Цк-1-^

2 4

2т+1

2у

Л

а)

Данная теория не учитывает действия продольной деформации, которая оказывает существенное влияние на суммарную величину сдвига.

Чтобы учесть продольное воздействие необходимо представить развёртку ротора. Так как на обеих лопастях ротора происходят идентичные процессы, то далее будем рассматривать только одну лопасть. Представим развёртку лопасти не как два вида, отображающие пространство, заключённое между поверхностью лопасти и поверхностью стенки камеры. Данную систему можно разбить на три зоны (рис. 7).

Зона I. В данном случае направление воздействия деформаций на материал перпендикулярно ребру гребня ротора, поэтому для удобства решения данной задачи её можно разделить на две более простые. В первой задаче стенка камеры будет двигаться вдоль оси х, во второй - вдоль оси г. В результате для направления деформации вдоль оси х получим:

Рис. 7. Развёртка лопасти овального ротора:

1,2,3 - зоны деформирования материала

V, к

К -

'А

I„

2/71 + 1

{И - 2у)

с1у<1Ш12.

(2)

В случае движения стенки камеры вдоль оси 2 получим уравнение:

'« 'я и [ Г \ и А

1 ] 3 ООО К 1

1 + -

К-1

2т +1

{К~2у)

¿уйЫ1г. (3)

Чтобы получить среднее значение суммарной величины сдвига, приходящейся на единицу объёма, необходимо суммарную величину сдвига разделить на объём, занимаемый данной зоной:

У\ =-

¡у2 у,

(4)

Зона 2. В данном случае будет решаться только первая задача из предыдущих двух, так как материал подвергается деформации только в направлении вращения. В результате выводов получим следующее выражение:

'«»и "

и

6 к

- 1 + ^- -

ЛЧ2 2т+ 1

(й-2 у)

с!усНс11„ .

Суммарная величина сдвига во второй зоне равна:

(5)

(6)

Зона 3. Деформирование материала в этой зоне описывается теорией изотермического течения жидкости в кольцевом зазоре между двумя коаксиальными цилиндрами, рассмотренной В.К. Завгородним. Суммарная величина воздействия, которому подвергается материал в данной зоне за время г, определяется следующим образом:

^ 2

Уз=~ —-(7)

Я

п 1-р"

Суммарная величина сдвига на всей лопасти будет равна:

7^1 =71 +72 +7з ■ (8)

Суммарная величина сдвига, приходящаяся на всю длину ротора:

Ур1 = РУи + РУы • (9)

Выражение для нахождения суммарной величины сдвига, действующей на материал во время процесса смешения и диспергирования во всём объёме смесительной камеры:

УсУ« = 9(Ур1+УР2)- 0°)

В области, которая находится после гребня лопасти, деформации незначительны и ими можно пренебречь.

В работе рассматривается второй метод нахождения суммарной величины сдвига. Используя выражение расхода мощности привода смесителя через среднюю скорость сдвига, возникающую в материале между кромкой лопасти и стенкой камеры, определённое в работах В.В. Богданова, В.К. Завгороднего, нами получена зависимость для нахождения суммарной величины сдвига:

у = *

и+1

Ш |

I /" чл+1

21 [/, (о,5"+1 + 0,865"+1)+ 2/2 • 0,705"+| ^ + (\5 + /2

.(11)

Написанные программы на ЭВМ подтвердили, что оба метода пригодны для определения критерия качества получаемого материала - суммарной величины сдвига. Максимальное расхождение составляет не более 8%, что говорит об адекватности моделей и позволяет использовать оба метода.

Суммарная величина сдвига для процесса смешения на смесительном оборудовании с гладкими рабочими органами может быть представлена как алгебраическая сумма суммарных величин сдвига для периодического процесса вальцевания (зона I рис. 8) и изотермического течения вязкой жидкости между двумя коаксиальными цилиндрами (зоны II и III рис. 8) с учётом коэффициента перекрытия зон деформации:

Усум=Ув+?(Улц+Уп„)- (12)

Рис. 8. Схема деформирования с использованием гладких рабочих органов:

I, II, III - зоны деформирования материала

Рис. 9. Развертка винтового многозаходного ротора:

1,2- зоны деформирования материала

В результате решения данной задачи суммарная величина сдвига для процесса смешения может быть определена следующим образом:

Усум

-Xk2)(arctgyK-arctgyJ+

\+Xt

■Xi

1-Х

_ 1 U0t(l+X2K)

l-X2[l+X2K) 4(1 +A^)

t-2(ul+u2) (13)

Rn\ 1-ß"

r+0,7-

При нахождении суммарной величины сдвига для процесса смешения на смесителе с винтовыми многозаходными рабочими органами используется та же теория, что и для смесителя с овальными рабочими органами. В данном случае исключается зона 3 (рис. 7) и увеличивается число заходов (рис. 9).

Суммарная величина сдвига для процесса смешения с использованием рифлёных рабочих органов равна алгебраической сумме суммарной величины сдвига для процесса экструзии, описанной в работах Р.В. Торнера, и течения жидкости между двумя коаксиальными цилиндрами. Для этого рассмотрим схему (рис. 10).

Рис. 10. Развёртка рифлёного ротора:

I, II - зоны деформирования материала

Формула для нахождения суммарной величины сдвига в зоне I:

Т(14)

Суммарная величина сдвига в зоне II находится по формуле 7.

Суммарная величина сдвига на всём роторе будет равна:

7р=У1 + 72. (16)

Суммарная величина сдвига во всём деформируемом объёме находится по формуле 10.

В главе 5 «Методика инженерного расчёта параметров процесса модификации отходов термопластов на смесительном оборудовании» предложена методика инженерного расчёта основных конструктивных и режимных параметров смесителей и процесса модификации вторичного сырья с учётом заданного качества получаемого композиционного материала.

При расчёте основных параметров процесса модификации на смесительном оборудовании решаются два типа задач:

1) модернизация существующего оборудования. Решение первого типа задач сводится к определению суммарной величины сдвига, производительности, силовых и энергетических параметров процесса; проводится прочностной расчёт основных деталей и узлов смесителя и тепловой расчёт процесса смешения. Составляется техническая характеристика спроектированного смесительного оборудования;

2) проектирование нового оборудования. При решении второго типа задач при заданной производительности процесса определяются основные геометрические размеры смесителя, и выбирается смесительное оборудование в соответствии с ГОСТ 11996-79; после этого находятся те же параметры, что и для первого типа задач.

Пример инженерного расчёта по разработанной инженерной методике промышленного пластосмесителя периодического действия ПС-45 приведён в диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработан способ модификации отходов термопластичных материалов и предложены режимы для трёх способов предварительной механоакти-вации вводимого ТУ (активирование в шаровой мельнице, воздействие ультразвуком на ТУ, активирование посредствам многократного пропускания ТУ через минимальный межвалковый зазор вальцов), при которых показатели качества композиционного материала на основе ВПВД и активированного ТУ являются наилучшими.

2. Обоснованно использование суммарной величины сдвига как интегрального критерия качества, позволяющего прогнозировать показатели качества композиционного материала, разработаны методики его расчёта, реализуемые в программном обеспечении, на которое получены свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

3. Спроектирована и изготовлена экспериментальная установка для исследования процесса модификации отходов термопластичных материалов, как устройство, позволяющее оценивать и прогнозировать показатели качества получаемого композита.

4. Разработаны рабочие органы различной конфигурации для экспериментальной установки с целью изучения влияния различных конструктивных параметров на показатели качества получаемого композита.

5. Исследовано влияние конструктивных и режимных параметров оборудования и процесса модификации на показатели качества получаемого композиционного материала, а также определены рациональные значения суммарной величины сдвига (у= 3450...3550), при которых показатели качества композита являются наилучшими (ПТР = 1,684 г/10 мин, от = 10,83 МПа, сР = 13,851 МПа, е = 597,6%, /= 0,73).

6. Создана методика инженерного расчёта конструктивных и режимных параметров процесса смешения и смесительного оборудования при условии заданного рационального значения суммарной величины сдвига, соответствующего наилучшим показателям качества получаемого композита.

7. Разработанные методика инженерного расчёта параметров процесса получения композитов с заданными показателями качества и программное обеспечение приняты к использованию на ОАО «НИИРТмаш» (г. Тамбов) при проектировании промышленных смесителей для модификации отходов термопластов и резиновых смесей, расчётный экономический эффект от внедрения агрегата составляет 186 тыс. р. Полученный на разработанном устройстве композиционный материал на основе вторичного полиэтилена высокого давления и активированного технического углерода используется на НПП ООО «Эласт» (г. Тамбов) в производстве полиэтиленовых труб методом экструзии.

8. Программное обеспечение на ЭВМ для расчёта основных параметров процесса смешения и конструкции применяемого смесительного оборудования используется в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 240801, 261201 в дисциплинах «Оборудование для производства полимерной тары и упаковки», «Оборудование для переработки полимерных материалов», «Утилизация упаковки» и магистров по программе 150400.26 в дисциплинах «Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов», «Оптимизация режимных и конструктивных параметров технологического оборудования».

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Ув, Улц. Тпп - суммарные величины сдвига для периодического процесса вальцевания, в зазорах между стенкой камеры и вращающимися левым и правым валковыми рабочими органами соответственно; (70 - средняя величина окружной скорости валков, м/с; (Уь и2 - величины окружных скоростей первого и второго валков, м/с; /г0 - зазор между кромкой гребня ротора и камерой, м; И05 - половина межвалкового зазора, м; Х„, Х„ - безразмерные координаты сечений входа и выхода; Я - радиус валков, м; ? - время процесса, с; (5 - отношение радиуса внешнего цилиндра к радиусу внутреннего цилиндра; п - индекс течения расплава; /„ - длина проекции дуги захвата на стенку камеры, м; а - угол между поверхностью стенки камеры и поверхностью гребня ротора;

Уь Уг> Уз_ суммарные величины сдвига в зонах лопасти; /м - длина первой лопасти, м; р, р' - коэффициенты; у' - суммарная величина сдвига на второй лопасти ротора; уР1, уР2 - суммарные величины сдвига на первом и втором роторе; q - коэффициент, учитывающий объёмный расход, приходящийся на каждый ротор, и перекрытие зон деформации; V - объём перерабатываемой смеси, м3; /1 и /2 - длина длинного и короткого гребней ротора, м; F - коэффициент; 8 - ширина кромки, м; ах - предел текучести при растяжении, МПа; ар - прочность при разрыве, МПа; е - относительное удлинение при разрыве, %; I - индекс смешения; у^,, уг>, - средние удельные деформации вдоль оси х и z.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Разработка конструкции валково-шнекового агрегата и совмещённого технологического процесса утилизации полимерной тары и упаковки / Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков, П.В. Макеев, С.С. Гуреев // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2010. - Т. 16, № 3. - С. 578 - 587.

2. Гуреев, С.С. Методика определения интегрального критерия качества в зонах деформации смесительных устройств / С.С. Гуреев, А.С. Клинков // Вестник Тамбовского государственного технического университета. -2010. - Т. 16, № 4. - С. 905 - 909.

3. Гуреев, С.С. Определение интегрального критерия качества в рабочих зонах двухроторных смесителей / С.С. Гуреев, А.С. Клинков, В.Г. Однолько // Вестник Тамбовского государственного технического университета. -2011. - Т. 17, № 2. - С. 417-423.

Публикации в других изданиях:

1. Прогнозирование качества вторичного гранулята при утилизации плёночных термопластов / Д.Л. Полушкин, А.С. Клинков, М.В. Соколов, В.Г. Однолько, С.С. Гуреев // Прогрессивные технологии развития : сб. материалов Междунар. науч.-пракх. конф. 10-11 декабря 2005 г. - Тамбов : Першина, 2005. - С. 170-171.

2. Непрерывная валково-шнековая технология утилизации отходов термопластов / Д.Л. Полушкин, С.С. Гуреев, А.С. Клинков, М.В. Соколов // Наука на рубеже тысячелетий «Progressive technologies of Development» 3-я Междунар. науч.-практ. конф. 24-25 ноября 2006 г. - Тамбов, 2006. - С. 123-124.

3. Разработка полимерных композиционных материалов на основе вторичного сырья и технического углерода / С.С. Гуреев, П.В. Макеев, И.В. Шашков // Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент : материалы Всерос. научно-инновационной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. 27 - 29 октября 2009 г. - Тамбов, 2009. - С. 248 - 250.

4. Разработка технологии и оборудования для переработки полимерной тары и упаковки / П.В. Макеев, С.С. Гуреев, И.В. Шашков // Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент : материалы Всерос. научно-инновационной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. 27 - 29 октября 2009 г. - Тамбов, 2009. - С. 294-295.

5. Макеев, П.В. Разработка технологии и оборудования для переработки отходов полимерной тары и упаковки / П.В. Макеев, С.С. Гуреев // Материалы XIV Междунар. экологической студенческой конф. «Экология России и сопредельных территорий». - Новосибирск, 2009. - С. 155-156.

6. Гуреев, С.С. Разработка полимерных композиционных материалов на основе вторичного сырья и технического углерода / С.С. Гуреев // Проведение научных исследований в области индустрии наносистем и материалов : материалы Всерос. конф. с элементами научной школы для молодёжи. 16 - 20 ноября 2009 г. - Белгород, 2009. -С. 223 - 226.

7. Гуреев, С.С. Исследование композитов на основе вторичного полимерного сырья и технического углерода / С.С. Гуреев // Аспекты ноосферной безопасности в приоритетных направлениях деятельности человека : материалы I Междунар. науч,-практ. конф. 5 февраля 2010 г. - Тамбов, 2010. - С. 30 - 32.

8. Исследование процесса получения композитов на основе вторичного полимерного сырья и технического углерода // С.С. Гуреев, П.В. Макеев, A.C. Клинков, С.П. Хрущёв // Труды Тамбовского государственного технического университета : сб. науч. ст. - Тамбов, 2010. - Вып. 23. - С. 160 - 163.

9. Влияние параметров процесса вторичной переработки отходов полимерной тары и упаковки на качественные показатели получаемого вторматериала / П.В. Макеев, С.С. Гуреев, A.C. Клинков, Д.Л. Полушкин // Труды Тамбовского государственного технического университета : сб. науч. ст. - Тамбов, 2010. -Вып. 23. - С. 163 - 166.

10. Получение композиционных полимерных материалов заданного качества / С.С. Гуреев, A.C. Клинков, П.В. Макеев // Молодой учёный. Ежемесячный научный журнал. - Чита, 2011. - № 1(24) - С. 22 - 24.

11. Гуреев, С.С. Разработка технологии получения саженаполненного композиционного материала / С.С. Гуреев, Д.М. Ремизов // Проблемы техногенной безопасности и устойчивого развития : сб. науч. ст. молодых учёных, аспирантов и студентов. -Тамбов, 2011. - Вып. II. - С. 155 - 158.

12. Макеев, П.В. Инновационная технология рециклинга отходов термопластов / П.В. Макеев, С.С. Гуреев, И.В. Шашков // Проблемы техногенной безопасности и устойчивого развития : сб. науч. ст. молодых учёных, аспирантов и студентов. - Тамбов, 2011.-Вып. И.-С. 158-161.

13. Сравнительный анализ двух методов определения суммарной деформации сдвига в рабочих пространствах двухроторных смесителей с овальными рабочими органами / С.С. Гуреев, A.C. Клинков, П.В. Макеев // Молодой учёный. Ежемесячный научный журнал. - Чита, 2011. - № 6(29). - С. 32 - 37.

14. Технологический процесс получения композита на основе ВПВД и активированного технического углерода / С.С. Гуреев, A.C. Клинков, П.В. Макеев // Молодой учёный. Ежемесячный научный журнал. - Чита, 2011. - № 6(29). - С. 37 - 41.

15. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ -№ 2008613114. Расчёт интегрального критерия качества - суммарной величины сдвига для непрерывного вальцевания / С.С. Гуреев, Д.Л. Полушкин, М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев ; Тамбовский государственный технический университет. -№ 2008612201 ; заявл. 19.05.2008 ; зарегистрировано 27.06.2008.

16. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ -№ 2010617845. Расчёт интегрального критерия качества в зонах деформации смесительных устройств / С.С. Гуреев, П.В. Макеев, М.В. Соколов, A.C. Клинков, П.С. Беляев ; Тамбовский государственный технический университет. - № 2010616018 ; заявл. 01.10.2010 ; зарегистрировано 26.11.2010.

17. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ -№ 2011612497. Расчёт интегрального критерия качества в зонах деформации двухроторных смесителей / С.С. Гуреев, П.В. Макеев, Д.Л. Полушкин, A.C. Клинков, М.В. Соколов ; Тамбовский государственный технический университет. - № 2011610879 ; заявл. 14.02.2011 ; зарегистрировано 25.03.2011.

Подписано в печать 17.10.2011. Формат 60 х 84/16. 0,93 усл. печ. л., 1 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. Заказ № 445

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Производство и потребление полимерных материалов

1.1.1 Рынок производства и потребления полиэтилена

1.1.2 Рынок производства и потребления полипропилена

1.2 Классификация отходов полимеров

1.3 Модификация вторичного полимерного сырья

1.3.1 Методы модификации вторичного полимерного сырья

1.3.2 Классификация наполнителей для полимерных материалов

1.3.3 Методы совмещения наполнителя с полимерным связующим

1.3.4 Механическая активация наполнителей полимерных материалов

1.3.5 Процесс смешения наполнителя и полимерного связующего

1.3.6 Критерии оценки качества процесса получения полимерных композиций

1.4 Постановка задачи исследования

2 ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА МОДИФИКАЦИИ ОТХОДОВ ТЕРМОПЛАСТОВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

2.1 Процесс модификации отходов полиэтилена низкой плотности техническим углеродом

2.2 Описание экспериментальной установки

2.2.1 Описание и характеристики смесителя

2.2.2 Принцип работы смесителя 57 2.3.4 Разработанные рабочие органы различной конфигурации

2.3 Объект исследования

2.3.1 Свойства первичного ПВД (марка 15803-020, натуральный, сорт - высший)

2.3.2 Вторичный ПВД

2.3.3 Технический углерод (марка К-354) 63 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ВВЕДЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА ВО ВТОРИЧНЫЙ

ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ

3.1 Методика проведения эксперимента

3.1.1 Определение показателя текучести расплава полученного композиционного материала

3.1.2 Определение предела текучести, прочности при разрыве, относительного удлинения при разрыве модифицированного вторичного полиэтилена

3.1.3 Оценка однородности полученного композиционного материала

3.2 Исследование свойств вторичного полиэтилена высокого давления, модифицированного техническим углеродом марки К

3.2.1. Сравнение деформационного воздействия оказываемого на композит рабочими органами с различной геометрией фигурной части

3.2.2 Определение оптимального технологического режима процесса получения композиционного материала на основе ВПВД и ТУ с высокими физико-механическими характеристиками

3.2.3 Сравнение физико-механических характеристик модифицированного и не модифицированного вторичного и первичного полиэтилена высокого давления

3.2.4 Выбор способа активирования вводимого технического углерода

3.2.4.1 Активирование в шаровой мельнице

3.2.4.2 Активирование многократным пропусканием через минимальный межвалковый зазор вальцов

3.2.4.3 Активирование ультразвуковым воздействием

3.2.5 Сравнение прочностных характеристик ВПВД, модифицированного техническим углеродом, активированным различными способами

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОГО КРИТЕРИЯ КАЧЕСТВА

4.1 Определение суммарной величины сдвига усум в зонах деформации смесительных устройств (овальные рабочие органы)

4.1.1 Первый метод

4.1.2 Второй метод

4.1.3 Сравнительный анализ двух методов определения суммарной величины сдвига в рабочих пространствах двухроторных смесителей с овальными рабочими органами

4.2 Определение суммарной величины сдвига усум в зонах деформации смесительных устройств (гладкие рабочие органы)

4.2.1 Определение суммарной величины сдвига ув при периодическом режиме процесса вальцевания термопластов

4.2.2 Определение суммарной величины сдвига в зазорах между стенкой смесительной камеры и цилиндрическими рабочими органами ут и упц

4.3 Определение суммарной величины сдвига усум в зонах деформации смесительных устройств (рифлёные рабочие органы)

4.4 Определение суммарной величины сдвига усум в зонах деформации смесительных устройств (винтовые многозаходные рабочие органы)

МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА МОДИФИКАЦИИ ОТХОДОВ ТЕРМОПЛАСТОВ НА СМЕСИТЕЛЬНОМ ОБОРУДОВАНИИ

5.1 Расчет основных параметров процесса и оборудования по первому варианту (модернизация старого оборудования)

5.2 Расчет основных параметров процесса и оборудования по второму варианту (проектирование нового оборудования)

1. Актуальность работы. В наши дни полимерные материалы широко распространены и находят своё применение практически во всех отраслях промышленности любой страны. Соответственно объёмам потребления полимеров, образуется значительное количество их отходов, создающих серьезную опасность для окружающей среды и человека. Повторная переработка решает проблемы охраны окружающей среды и восполнения дефицита первичного полимерного сырья.

Самыми потребляемыми и востребованными полимерами являются полиолефины. Соответственно, на производство пластиков этой группы уходит большая часть сырья, и они вносят самый большой вклад в загрязнение окружающей среды.

Стандартные технологии вторичной переработки не позволяют получить качественное вторсырье. Решением проблемы создания качественных полимерных материалов и изделий из вторичных полиолефинов является его модификация, цель которой - экранирование функциональных групп и активных центров химическими или физико-химическими способами и создание однородного по структуре материала с воспроизводимыми свойствами [1].

Современные тенденции модификации полимерных материалов сводятся к введению малого количества мелкодисперсной фазы модифицирующей добавки. Для успешного протекания таких процессов наполнитель необходимо активировать, т.е. раскрыть его функциональные группы. Существуют следующие способы совмещения полимера с наполнителем: механохимическая активация наполнителей, полимеризационное наполнение, химическое аппретирование (аппретами обрабатывают наполнитель, очень трудоёмко и энергоёмко).

В настоящее время наиболее распространены полимеризационное наполнение и химическое аппретирование, но они требуют больших трудо- и энергозатрат, и в случае модификации вторичного сырья являются невозможными. Поэтому наиболее приемлемой является механохимическая активация.

Традиционным способом механохимической активации является механическое смешение расплава или раствора полимера с дисперсными наполнителями на специальном оборудовании [2]. Однако получение наполненного полимерного композиционного материала с хорошими механическими свойствами прямым смешением полимера с наполнителем затруднено из-за неравномерного распределения малых количеств наполнителя в большом объёме высоковязкого полимера, что делает данную задачу ещё более актуальной.

Настоящая работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию процесса модифицирования отходов термопластичных полимерных материалов на смесительном оборудовании.

2. Цель работы. Исследование процесса модификации вторичного полиэтилена высокого давления (ВПВД) техническим углеродом (ТУ).

В данной работе исследовалось оборудование и процесс модификации вторичного полимерного сырья техническим углеродом с изменением в широком диапазоне технологических и конструктивных параметров.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

• анализ современного состояния в области утилизации и вторичной переработки отходов полимеров;

• обзор существующих методов модификации вторичных полимерных материалов;

• разработка способа модификации вторичных полимеров;

• создание лабораторного стенда для изучения процесса модификации отходов полимеров с изменением в широком диапазоне режимных и конструктивных параметров;

• исследование влияния конструктивных и режимных параметров смесительного оборудования и процесса модификации на показатели качества получаемого композиционного материала (предел прочности и относительное удлинение при разрыве), а также определение значения суммарной величины сдвига, при котором показатели качества композита являются наилучшими;

• разработка методики расчета и программного обеспечения для определения интегрального критерия качества - суммарной величины сдвига, характеризующей влияние различных режимных и конструктивных параметров процесса на физико-механические показатели получаемого композиционного материала;

• создание методики инженерного расчета основных параметров процесса смешения и конструкции смесителя с учетом заданных показателей качества получаемого композита.

• внедрение разработанного способа модификации термопластичных отходов полимеров на двухроторном смесителе.

3. Научная новизна. Обоснованно использование суммарной величины сдвига как интегрального критерия качества процесса получения композиционного материала из вторичных термопластичных материалов на смесителях периодического действия.

Получены уравнения для расчёта суммарной величины сдвига, позволяющие установить корреляционную связь между конструктивными параметрами оборудования и режимными параметрами процесса получения композита и показателями его качества.

Разработаны методики для расчета суммарной величины сдвига, характеризующей влияние режимных параметров процесса смешения и диспергирования, различных конструктивных параметров рабочих органов на показатели качества получаемого композиционного материала.

Экспериментально подтверждены возможность и правомерность использования суммарной величины сдвига в качестве интегрального критерия качества.

4. Практическая значимость. Разработан способ модификации отходов термопластичных полимеров на смесительном оборудовании периодического действия с учётом предварительной активации вводимого наполнителя и без неё, и определены его режимные и конструктивные параметры, при которых достигаются наилучшие физико-механические показатели получаемого композиционного материала.

Разработано программное обеспечение для расчета суммарной величины сдвига в зонах деформации смесителей периодического действия, которое подтверждено свидетельствами о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Создана методика инженерного расчета параметров процесса получения композитов с заданными показателями качества и даны рекомендации по проектированию вновь разрабатываемого и модернизации существующего смесительного оборудования для модификации отходов термопластичных полимеров с учетом заданной производительности и рационального значения интегрального критерия качества получаемого композита.

Создан лабораторный стенд смесителя периодического действия, позволяющий исследовать процесс модификации широкого класса отходов термопластичных полимерных материалов и варьировать в широком диапазоне режимными параметрами процесса (частотой вращения, температурой смеси) и конструктивными параметрами оборудования (геометрия роторов).

Разработанные методика инженерного расчета параметров процесса получения композитов с заданными показателями качества и программное обеспечение приняты к использованию на ОАО «НИИРТмаш» (г. Тамбов) при проектировании промышленных смесителей для модификации отходов термопластов и резиновых смесей, расчётный экономический эффект от внедрения агрегата составляет 186 тыс. руб. Полученный на разработанной установке композиционный материал на основе вторичного полиэтилена высокого давления и активированного технического углерода используется на

НПП ООО «Эласт» (г. Тамбов) в производстве полиэтиленовых труб методом экструзии.

Программное обеспечение на ЭВМ для расчета основных параметров процесса смешения и конструкции применяемого смесительного оборудования используется в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 240801, 261201 в дисциплинах «Оборудование для производства полимерной тары и упаковки», «Оборудование для переработки полимерных материалов», «Утилизация упаковки» и магистров по программе 150400.26 в дисциплинах «Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов», «Оптимизация режимных и конструктивных параметров технологического оборудования».

5. Автор защищает:

Расчётные уравнения для определения суммарной величины сдвига, позволяющие установить корреляционную связь между режимными и конструктивными параметрами получения композита (частота вращения рабочих органов, время процесса, температура смеси, геометрия фигурной части роторов) и показателями его качества.

Устройство, позволяющее оценивать и прогнозировать показатели качества получаемого композита.

Методику инженерного расчёта режимных и конструктивных параметров процесса получения композитов с заданными показателями качества.

6. Достоверность полученных результатов обеспечена широким диапазоном исследованных факторов экспериментов, применением современных методов исследования с использованием методов планирования экспериментов и оптимизации полученных данных, приемлемой воспроизводимостью опытов и сравнением экспериментальных данных с расчётными.

Полученные данные не противоречат общенаучным и общетеоретическим положениям.

7. Апробация работы и публикации. По результатам научной работы разработана методика инженерного расчёта режимных и конструктивных параметров процесса получения композитов с заданными показателями качества.

Основные материалы диссертационной работы изложены на 4 международных и 3 всероссийских конференциях.

Работа выполнена в рамках ФЦП № 14.740.11.0141 по теме "Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области многофункционального приборостроения для промышленных систем управления".

Основные результаты диссертационной работы изложены в 28 публикациях, 3 из которых в центральной печати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, списка литературы и приложений. Материалы работы изложены на 149 страницах машинописного текста, содержат 77 рисунков, 9 таблиц и 5 приложений. Список использованных источников включает 92 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработан способ модификации отходов термопластичных материалов и предложены режимы для трёх способов предварительной механоактивации вводимого ТУ (активирование в шаровой мельнице, воздействие ультразвуком на ТУ, активирование посредствам многократного пропускания ТУ через минимальный межвалковый зазор вальцов), при которых показатели качества композиционного материала на основе ВПВД и активированного ТУ являются наилучшими.

2. Обоснованно использование суммарной величины сдвига как интегрального критерия качества, позволяющего прогнозировать показатели качества композиционного материала, разработаны методики его расчета, реализуемые в программном обеспечении, на которое получены свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

3. Спроектирована и изготовлена экспериментальная установка для исследования процесса модификации отходов термопластичных материалов, как устройство, позволяющее оценивать и прогнозировать показатели качества получаемого композита.

4. Разработаны рабочие органы различной конфигурации для экспериментальной установки с целью изучения влияния различных конструктивных параметров на показатели качества получаемого композита.

5. Исследовано влияние конструктивных и режимных параметров оборудования и процесса модификации на показатели качества получаемого композиционного материала, а также определены рациональные значения суммарной величины сдвига (у = 3450-3550), при которых показатели качества композита являются наилучшими (ПТР = 1,684 г/10 мин, ат - 10,83 МПа, оР = 13,851 МПа, в = 597,6%, 7=0,73).

6. Создана методика инженерного расчета конструктивных и режимных параметров процесса смешения и смесительного оборудования при условии заданного рационального значения суммарной величины сдвига, соответствующего наилучшим показателям качества получаемого композита.

7. Разработанные методика инженерного расчета параметров процесса получения композитов с заданными показателями качества и программное обеспечение приняты к использованию на ОАО «НИИРТмаш» (г. Тамбов) при проектировании промышленных смесителей для модификации отходов термопластов и резиновых смесей, расчётный экономический эффект от внедрения агрегата составляет 186 тыс. руб. Полученный на разработанном устройстве композиционный материал на основе вторичного полиэтилена высокого давления и активированного технического углерода используется на НПП ООО «Эласт» (г. Тамбов) в производстве полиэтиленовых труб методом экструзии.

8. Программное обеспечение на ЭВМ для расчета основных параметров процесса смешения и конструкции применяемого смесительного оборудования используется в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 240801, 261201 в дисциплинах «Оборудование для производства полимерной тары и упаковки», «Оборудование для переработки полимерных материалов», «Утилизация упаковки» и магистров по программе 150400.26 в дисциплинах «Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов», «Оптимизация режимных и конструктивных параметров технологического оборудования».

1. Абдуллаев P.A. Модификация вторичных полимеров для изготовления изделий различного функционального назначения. Дисс. на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 2007.

2. Андреев P.A. Получение саженаполненных каучуков и резин с использованием отходов производств эластомеров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Воронеж, 2005.

3. Назаров ВТ. Поверхностная модификация полимеров: монография, М.: МГУП. 2008.474 с.

4. Коршак В.В. Успехи химии, 1980. т.49, №12. с. 2286.

5. Сирота А.Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов, Л., Химия. 1974.- 175 с.

6. Кестельман, В.Н. Физические методы модификации полимерных материалов. М.: Химия, 1980. - 224 с.

7. Полимерные плёночные материалы / под ред. Гуля В.Е. М.: Химия. 1979.- 130 с.

8. Кочнев A.M., Галибеев С.С. Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2004. Т. 46 (4). - с. 4.

9. Наполнители для полимерных композиционных материалов / Пер. с англ. Под ред. Каца Г.С. и Милевски Д.В., М.: Химия. 1981.-е. 587.

10. Современные тенденции в результатах по модификации полимеров // Пластические массы. 2000. - №8. - с. 3-4.32. http://www.cooksmeal.ru/techno/upakovka/068.html33. http://landwirt.ru/2009-12-12-16-07-50/455-unichtozhenie-i-utilizaciya-othodov

11. Вестник Башкирского университета. 2008. Т. 13. №3 501 УДК 678.74/677.14/677.862.2 ОКИСЛЕНИЕ ОТХОДОВ ВОЛОКНИСТЫХ И ПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНА И ПОЛИПРОПИЛЕНА М. В. Базунова, Р. И. Хакимзянов, М. С. Бабаев, С. В. Колесов

12. Кабанов В.А. Энциклопедия полимеров. Том 2. 1974, 516 с.

13. Сущенко H.B. Технология и свойства полимеров и композитов функционального назначения на основе фенолформальдегидной и полиамидной матриц. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 2009.

14. Коршак В.В., Козырева Н.М. Успехи химии, 1979. т.48, №5. - с. 22.

15. Левыкин E.H. Технология композитов на основе вторичного полиэтилена и растительного сырья. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Воронеж, 2004.

16. Леонович, A.A. Современные способы изготовления древесноволокнистых плит специальных видов: озор. информ. / A.A. Леонович, Г.И. Царев. М.: ВНИПИЭИЛеспром, 1975. - 36 с.

17. Забара, М.Я. Производство и переработка пластмасс и синтетических смол / М.Я. Забара, В.В.Кондратьева, Н.Я. Слитенко. М.: НИИТЭ-химНИИПМ, 1975. - Вып. 1 - с. 35-58.

18. Мачюлис А.Н., Торнау Э.Э. Диффузионная стабилизация полимеров. Вильнюс. МИНТИС. 1974. 256 с.

19. X. Цвайфель, Р.Д. Маер, М. Шиллер. Добавки к полимерам. Справочник / Пер. англ. 6-го изд. под ред. В.Б. Узденского, А.О. Григорова -СПб.: ЦОП «Профессия», 2010. 1144 с.43. http://www.polikonta.com/articles /fillforpolymers.html

20. Носков Д.В. Модификация рецикловых полимеров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 2004.

21. Соломко В.П. Наполненные и кристаллизующиеся полимеры. Киев: Наукова думка, 1980. - 246 с.

22. Дмитриев Ю.А., Гордиенко В.П. Структура и свойства при растяжении наполненного полиэтилена в процессе УФ-облучения // Пластические массы. 1995. - №5. - с. 20-22.

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

24. Соломко В.П. О явлении межструктурного наполнения и его влиянии на свойства полимеров // Механика полимеров. 1976. - №1. - с. 162-166.

25. Гордиенко В.П., Соломко В.П. Деформация и разрушение наполненного полиформальдегида при одноосном растяжении // ФХММ. -1971.-№6.-с. 37.

26. Мурзин B.C. Технология композиционных материалов и изделий: учебное пособие / B.C. Мурзин. Воронеж: ВГЛТА, 1999. - 106 с.

27. Горбунова И.Ю., Кербер М.Л. Модификация кристаллизующихся полимеров // Пластические массы. 2000. - №9. - с. 7-11.

28. Айзенштейн, Э.М. Физическое и химическое модифицирование полиэфирных волокон и нитей ч целью улучшения потребительских свойств готовых изделий / Э.М. Айзенштейн // Химические волокна, 2005. №6. -с. 31-42.

29. Физико-химические основы альтернативной технологии магнитопластов и рациональные области их применения / С.Е. Артеменко, С.Г. Кононенко, A.A. Артеменко и др. // Химические волокна, 1998. №3. - с. 45-50.

30. A.A. Охлопкова, O.A. Адрианова, С.Н. Попов, Модификация полимеров ультрадисперсными соединениями. Якутск: ЯФ Изд-во СО РАН, 2003.-224 с.

31. Стручкова Т.С. Разработка и исследование полимерных композиционных материалов на основе активации политетрафторэтилена и углеродных наполнителей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Комсомольск-на-Амуре, 2008.

32. Артеменко, С.Е. Наукоёмкая технология полимерных композиционных материалов, армированных базальтом, углеродными и стеклянными нитями / С.Е. Артеменко // Пластические массы, 2003. №5. -с. 5-7.

33. Технологические особенности поликонденсационного наполнения ПКМ на основе профилированных полипропиленовых нитей / Е.И. Титоренко,

34. С.Е. Артеменко, Т.П. Устинова и др. // Пластические массы, 2000. №12. - с. 29-31.

35. Галашина Н.М. Полимеризационное наполнение как метод получения новых композиционных материалов / Н.М. Галашина // Высокомолекулярные соединения, 1994. том 36. - с. 640-650.

36. Берлин A.A. Принципы создания композиционных полимерных материалов / A.A. Берлин, С.А. Вольфсон, В.Г. Омиян. М.: Химия, 1990. -240 с.

37. Наполнители полимерных материалов: материалы семинара. М.: 1983.- 157 с.

38. Щербаков, A.C. Технология композиционных древесных материалов / A.C. Щербаков, И.А. Тамбова, JI.B. Мельникова. М.: Экология, 1992. - 192 с.

39. Левыкин, E.H. Определение степени совместимости древесных и полимерных компонентов при получении композиционных материалов / E.H. Левыкин. Хим. пром-сть. - 2004. - №9. - с. 37-40.66. http://www.ysu.rU/users/itc/sitim//e-books/metod/ximia/smi/3-5.pdf

40. Клямкин С.Н. Металлогидридные композиции на основе магния как материалы для аккумуляторов водора. Российский химический журнал (Ж. Рос. хим об-ва им. Д.И. Менделеева), 2006, т. L, № 6.68. http://www.chem.msu.su/rus/jvho/2006-6/49.pdf

41. Барамбойм Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений. М.: Химия, 1978. 384 с.70. http://fen.nsu.ru/posob/htt/mechreact.pdf

42. Friederich I., Gande I., Pähl M., Acta Polymerica, 1981. Bd 29. №2. S.71.

43. Смешение полимеров / Богданов B.B., Торнер Р.В., Красовский В.Н., Регер Э.О. Л.: Химия, 1979. 192 с.

44. Мак-Келви Д.М. Переработка полимеров. М.: Химия, 1965. 442 с.

45. Бернхардт, Э. Переработка термопластичных материалов. М.: Изд-во Химия, 1965. 747 с.

46. Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров (механика процессов). М.: Химия, 1977. 464с.

47. Ким B.C. Теория и практика экструзии полимеров. М.: Химия, КолосС, 2005. 568 с.

48. Сван, Том. Delphi 4. Библия разработчика / Т. Сван ; пер. с англ. -СПб.: Диалектика, 1998. 672 е., ил.

49. Озеров, В. Delphi. Советы программистов / В. Озеров. СПб.: Символ-Плюс, 2003. - 976 е., ил.

50. Осипов, Д. Delphi. Профессиональное программирование / Д. Осипов. СПб.: Символ-Плюс, 2006. - 1056 е., ил.

51. Бекин Н.Г. Машины и агрегаты заводов резиновой промышленности. Ч. II. Ярославль, 1976. 128 с.

52. Голкин В.Н. Автореф. канд. дисс. Ярославский технологический институтт, 1970.

53. Слезкин H.A. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. М.: Гостехиздат, 1955. 519 с.

54. Определение интегрального критерия качества в рабочих зонах двухроторных смесителей / Гуреев С.С., Клинков A.C., Однолько В.Г. // Вестник ТГТУ. Т. 17, №2, 2011. с. 417 423.

55. Методика определения интегрального критерия качества в зонах деформации смесительных устройств / Гуреев С.С., Клинков A.C. // Вестник ТГТУ. Т. 16, №4, 2010. с. 905 909.

56. Оборудование для переработки пластмасс. Справочное пособие. Под ред. В.К. Завгороднего. М., «Машиностроение», 1976. 407 с.

57. Применение интегральных критериев качества при переработке полимерных материалов валково-шнековым методом / Клинков A.C., Соколов М.В., Полушкин Д.Л., Шашков И.В., Беляев П.С., Туляков Д.В. // Вестник ТГТУ. Т. 14, №4, 2008. с. 870 881.

58. Клинков, A.C. Автоматизированное проектирование валковых машин для переработки полимерных материалов: монография / A.C. Клинков, М.В. Соколов, В.И. Кочетов, П.С. Беляев, В.Г. Однолько. М.: Машиностроение-1, 2005.-320 с.

59. Оборудование и основы проектирования заводов резиновой промышленности: Учеб. Пособие для вузов / Бекин Н.Г., Захаров Н.Д., Пеунков Г.К. и др.: Под общ. ред. Н.Д. Захарова. Л.: Химия, 1985. - 504 с.