автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Разработка метода регулирования реологических свойств темропластов в процессе экструзии

ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ЛЕГКОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ УКРАЇНИ

л, -і '

• -■ О І; і-і

- 9 ИІОП 1Я97 На правах рукопису -

УДК: 678.073.661.185:532.135

ПАХАРЕНКО Олександр Ваперійович

РОЗРОБКА МЕТОДУ РЕГУЛЮВАННЯ РЕОЛОГІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТЕРМОПЛАСТІВ У ПРОЦЕСІ ЕКСТРУЗІЇ

Спеціальність 05.17.06- Технологія одержання та переробки полімерних та композиційних матеріалів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державній Академії легкої промисловості України і Українському науково-дослідному та конструк юрському інституті по розробці машин і устаткування для переробки пластичних мас, гуми і штучної шкіри /УкрНДІпластмаї м. Київ/.

Науковий керівник: академік АІН України, заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Анохін Віктор Васильович

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, ст.науковий співробітник Кочеров В.Л.

академік АТН України,доктор технічних наук, професор Скрипник Ю.О. ,

Провідна установа: Український державний науково-дослідний інститут штучного волокна, м. Київ

17.06 в Державній академії легкої промисловості України за., адресою: 252011, м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент ' Шостак Т.С.

Захист дисертації відбудеться о /т^ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 01.

Державної академії легкої промисловості України за адресою: 252011, м.Київ, вул. Немировича-Данченка, 2.

Автореферат розісланий 1997 р.

- з -

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ РОБОТИ. Широке використання пластичних мас у різних галузях народного господарства потребує сучасних способів та технологій переробки полімерів, які характеризуються високою продуктивністю, зниженням питомих витратних показників екструзійного обладнання з одночасним підвищенням якості одержаних виробів, високою автоматизацією технологічних ліній та виробництв. Використання машин великої одиничної потужності та продуктивності для переробки полімерів вимагає значного зниження матеріальних витрат, а будь-яке погіршення властивостей полімерів у процесі переробки дуже часто призводить до невиправданих витрат.

Одним із шляхів підвищення надійності та якості полімерної продукції, регулювання окремих показників екструзійного обладнання, що включають витрати сировини, енергії та трудомісткість процесу, є використання пристроїв, що забезпечують контроль та керування процесом переробки термопластів. Так з метою спрямованого керування технологічним процесом переробки термопластів необхідно контролювати та регулювати в'язкість, як величину, що безпосередньо пов’язана зі структурою розплаву полімера і враховує вплив температури, молекулярних характеристик і напруги зсуву.Таке регулювання в'язкості розплаву дозволяє забезпечити рівномірність об'ємної витрати, що виграє вирішальну роль у забезпеченні стабільності фізико-механічних властивостей виробів. Використання віскозиметра, датчиків температури та тиску та мікропроцесорної системи дозволяє підвищити точність вимірювання в'язкості та забезпечити не тільки контроль, але й керування технологічними параметрами переробки. У той же час питання, пов'язані з безперервним регулюванням реологічних властивос-

тей та керуванням цими параметрами, ще недостатньо вивчені, що пов'язано як з вибором конструкції віскозиметра, накопиченням та узагальненням експериментальних даних та закономірностей, одержаних на ньому, так і з розробкою комп’ютерної програми.

Використання вмонтованого віскозиметра для підготовки полімерного розплаву без пульсації 'з точним дозуванням відкриває нові перспективи у створенні на його основі технологій та обладнання для виготовлення погонажних виробів високої розмірної точності для різних галузей промисловості.

У зв’язку з цим завдання розробки методу регулювання властивостей термопластів у процесі екструзії на основі вмонтованого віскозиметра є актуальною.

МЕТА РОБОТИ полягала в оцінці та розробці методу контролю та регулювання реологічних властивостей розплавів термопластів у процесі екструзії і одержанні якісних полімерних виробів з високою точністю розмірів за допомогою віскозиметра, вмонтованого в черв’ячний прес.

Для досягнення мети роботи вирішувались наступні конкретні наукові і прикладні завдання: . '

- теоретична розробка та порівняльна оцінка деформування розплаву термопластів у черв’ячному пресі та вмонтованому віскозиметрі для створення порівняних умов переробки;

- встановлення основних залежностей, що описують вплив термічної та механічної дії вмонтованого віскозиметра на зміну реологічних властивостей полімерів; _ .

- визначення в екструзійному обладнанні місця установки

вмонтованого віскозиметра, яке є відповідальним за формування якісного розплаву полімера; .

- удосконалення конструкції вмонтованого капілярного

віскозиметра і'розробку програми керування процесом екструзії термопластів;

- розробка методу безперервного контролю та регулювання реологічних властивостей термопластів у процесі переробки з допомогою вмонтованого у черв’ячний прес віскозиметра і мікропроцесорно і техніки;

- розробка конструкції формуючих органів і дослідження технологічних параметрів для одержання погонажних виробів з термопластів на вмонтованому капілярному віскозиметрі постійних витрат.

НАУКОВА НОВИЗНА РОБОТИ. На підставі аналізу 1 комплексу досліджень одержані вихідні дані для вирішення важливої задачі розробки методу регулювання реологічних властивостей термопластів у процесі екструзії за допомогою вмонтованого в обладнання віскозиметра, який поєднаний з мікропроцесорною системою та приводом пластмасопереробного обладнання.

. Вперше виконана теоретична розробка та проведена порівняльна оцінка умов деформування розплаву термопластів у черв'ячному пресі та вмонтованому віскозиметрі постійніх витрат. Розроблен метод розрахунку реологічних характеристик одержаних на капілярному віскозиметрі постійних витрат. Встановлені основні залежності, що описують вплив термічної та механічної дії вмонтованого віскозиметра на зміну реологічних властивостей полімерів; визначене місце установки вмонтованого віскозиметра в екструзійне обладнання, відповідальне за формування якісного розплаву полімеру, розроблена програма керування процесом екструзії термопластів.

ПРАКТИЧНА ЦІННІСТЬ І РЕАЛІЗАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ РОБОТИ.Наведені результати експериментальних досліджень реологічних властивостей поліетилену, полістиролу та термоеластопласту

Сантопрен 101-73 фірми МопзапЬо СЬешісаІ Со.(США), які одер-.жані на капілярному віскозиметрі постійних витрат, що вмонтований у пластмасопереробне обладнання. Ці результати були використані для оцінки технологічних параметрів переробки та інженерних методів розрахунку пластмасопереробного обладнання. Розроблена конструкція формуючих органів і досліджені технологічні параметри для одержання погонажних виробів з термопластів на віскозиметрі постійних витрат, що вмонтований в литтєве та екструзійне обладнання.

Виготовлені в УкрНДІпластмаш дослідні партії профільно-погонажних виробів з поліетилену та термоеластопласту для автомобільної промисловості мали фізико-механічні та розмірні характеристики відповідно до нормативно-технічної документації АЗЛК.

• Результати роботи використовуються в учбовому процесі Державної Академії легкої промисловості України.

АПРОБАЦІЯ РОБОТИ. Результати роботи доповідались та обговорювались на наукових конференціях ДАЛПУ у 1994-1997 роках (м.Київ), на 1-му Міжнародному симпозіумі "Будущее за композитами", Татарстан, м. Набережні Челни, 1997 р.

ПУБЛІКАЦІЇ. Основні результати викладено в 8-й публікаціях. Результати роботи були використані в курсах лекцій "Технологія пластмас","Технологія переробки полімерів" та ."Обладнання заводів з переробки пластмас" (ДАЛПУ), в яких

■ досить повно відображено зміст дисертації.

.ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК АВТОРА В РОБОТУ. Усі включені в дисертацію дослідження, виконані у співавторстві, проведені при безпосередній участі автора на всіх етапах роботи. Йому належить основна частина експериментального матеріалу, обговорення і оформлення опублікованих робіт.

СТРУКТУРА ТА ОБСЯГ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ. Дисертація складається із вступу, в якому обгрунтована актуальність теми та сформульована мета роботи; аналітичного огляду методів контролю та керування процесом екструзії розплавів термопластів, в якому аналізується стан проблеми і формулюються завдання дослідження. Обгрунтован вибір об'єктів і методів проведення експериментів. У чотирьох основних главах роботи викладені результати теоретичних та експериментальних досліджень з порівняння умов деформування розплаву полімеру у черв'ячному пресі та встановленому віскозиметрі по реологічним властивостям термопластів, які одержані на капілярному віскозиметрі, вмонтованому у пластмасопереробне обладнання; з контролю та керування процесом екструзії термопластів за допомогою віскозиметра, який встановлюється у черв'ячний прес; одержання виробів з термопластів на капілярному віскозиметрі постійних витрат, висновків, переліку використаної літератури, яка включає 125 найменувань і додатків.

Дисертація містить 137 сторінок машинописного тексту, 51 рисунок та 23 таблиці.

КОРОТКИЙ ЗМІСТ РОБОТИ .

ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ. Для проведення систематичних досліджень впливу режимів переробки екструдера і віскозиметра на зміну хімічних, фізичних та реологічних властивостей багатотонажних полімерів були вибрані поліетилен ПЕНШ 15803-020 (ДСТ16337-86), полістирол марки УПМ-0503 ( ТУ 6-05-01871-79Е) і термоеластопласт Сантопрен марки 101-73. Методи дослідження властивостей полімерів та їх зміни у процесі переробки під вплиеом температурно-часових, силових і інших факторів були багатосторонніми. В деяких випадках, коли це можливо, використовувались методи досліджен-

ня, передбачені держстандартами, а також традиційні способи 1 переробки та методи випробування, що дозволяють одержувати ;' нові результати. В інших випадках розроблялись нові методи -такі, як регулювання в'язкості у процесі переробки і одержання погонажних виробів на капілярному віскозиметрі постійних витрат. Визначення реологічних характеристик розплавів полімерів проводилось на капілярному віскозиметрі постійного тиску КВПД-П, МВ-2, приладі ІІРТ-АМ та на розробленому віскозиметрі постійних витрат, що був встановлений в екструзій-не обладнання. Дослідження з контролю за реологічними характеристиками полімерів у процесі переробки проводилось на спеціально створених установках, в яких використовувалась лит-тєва машина вертикального типу'в індукційним нагрівачем та черв’ячний прес ЧП 32*30 і ЧП 90*30 і встановлювався капілярний віскозиметр постійних витрат. Профільно-погонажні вироби одержували як по традиційній схемі з використанням черв’ячного пресу, так і на встановленому капілярному віскозиметрі постійних витрат. Фізико-механічні випробування проводились у відповідності з діючими державними стандартами та нормативно-технічними документами.

ДО ПИТАННЯ ВИБОРУ МІСЦЯ УСТАНОВКИ КАПІЛЯРНОГО ВІСКОЗИМЕТРА У ЧЕРВ’ЯЧНИЙ ПРЕС.Вибір місця установки віскозиметра в черв'ячному пресі відіграє важливу роль для регулювання процесу екструзії при переробці полімерів за рахунок підтримки певного значення в'язкості розплаву. Для цього необхідна ідентифікація значення в’язкості у віскозиметрі і на ділянці перед формуючим інструментом - головкою. В цьому випадку визначають умови подібності в'язкості у віскозиметрі та в місці виходу полімера в головку. Конфігурація робочого органу впливає на якість розплаву, який має певні характє-

ристики на виході з черв'яка. Капілярний віскозиметр встановлюється в місті останнього витка зони дозування черв'яка, тобто там, де розплав підготовлений для подачі його у формуючий інструмент. Кут установки вихідного каналу патрубка віскозиметру визначався з урахуванням мінімального опору його виходу з однієї сторони, а з іншої, приймались до уваги технологічні і конструктивні рішення підключення віскозиметра. Цей кут складав ~30° до горизонтальної площини. В цьому випадку стає можливим створення умов ідентифікації процесу деформування розплаву перед головкою і перед віскозиметром; при цьому заповнення розплавом полімеру відгалуження віскозиметру перед шестіренчатим насосом можливо при мінімальному тиску у черв'ячному пресі - в межах 3-4 МПа. Знаючи падіння тиску у формуючому інструменті та капілярному віскозиметрі, Бизначапи напругу зсуву, по якій з відомої в'язкості знаходили швидкість зсуву, а вже з неї розраховували частоту оберту шестіреичатого насосу капілярного віскозиметру. Згідно схемі установки віскозиметра у черв’ячний прес довжина каналу патрубка (Ь) віскозиметра розраховується із виразу:

1=_____к: ---------- (і)

128 X в

Коефіцієнт форми каналу патрубка входу у віскозиметр визначали із залежності:

у _ АУ *Р<, . (2)

V З* -*Р8

де Хч- коефіцієнт форми каналу черв’яка (розраховується по відповідним рівнянням); Бв і Бч- площина перерізу між корпусом та черв’яком відповідно; Рч і Рв~ тиск, що створюється

черв’яком та на вході віскозиметра. Вираз (2) одержано із умови подібності наведених витрат Оп.чп - Оп.вис (3), а

0 - Хк- Р/р (4)

Після підстановки (4) у (3) маємо:

З виразу (5) знаходять Хв залежності (2).

При питомому тиску від 8 МПа до 20 МПа у базовому черв'ячному пресі ЧП 90*30 для виробництва плівок, труб і листів максимальна довжина патрубка віскозиметру (І) складає 17

З метою забезпечення умов подібності деформування у капілярі та перед головкою черв'ячного пресу установлювалась відповідна частота оберту шестіренчатого насосу. Порівняння термомеханічного впливу встановленого віскозиметра проводили при умові, що течія розплаву ламінарна, швидкість течії на стінці формуючого інструменту дорівнює нулю; силами інерції можна нехтувати, значення в'язкості і швидкості зсуву на цій дільниці формуючого інструменту постійні. Розглядалась задача узгодження частоти оберту черв'яка екструдера та крокового двигуна віскозиметра при умові зближення в них в'язкості розплаву полімера. Враховуючи складний характер течії полімерного розплаву у каналах формуючих інструментів і складність керування процесом екструзії, потрібно досягти максимальної наближеності ефективної в'язкості полімерного розплаву у дозуючій зоні екструдера до в’язкості розплаву у віскозиметрі. Можна вважати доцільним введення такої величини, як питома продуктивність, тобто продуктивність, яка приведена на- 1-см2 визначаючих перерізів формую-

Ху • .

(5)

см.

чого інструменту і капілярного віскозиметра: розмірність приведеної продуктивності - це кг/с-см2, або г/с-см2 чи см3/с-см2. Зазначена розмірність відповідає швидкості переміщення розплаву в каналах формуючого інструменту (см/с). Очевидно, ця величина є визначальною, і для кожного полімерного матеріалу буде відрізнятися.

Якщо приведену продуктивність для формуючого інструменту (Qn.rO поділити на приведену продуктивність віскозиметра, то для різних умов, але для одного і того ж полімеру ця величина буде постійною (Пп): Пп = Оп.г/Оп.в (6). Маючи значення Пп, розраховували приведену продуктивність, по якій далі проводили розрахунок для встановленого віскозиметра і визначали частоту оберту шестіренчатого насосу, швидкість зсуву та ефективну в’язкість. Наявність цих даних дозволяє крізь уз-годжувальні органи керувати роботою черв’ячного преса. Виходячи з максимальної подібності умов деформування полімерного матеріалу вводиться коефіцієнт деформації:

К3=к«°" (7)

Критерій подібності, що враховує конструктивні особливості обладнання, визначали з рівняння:

к —-ЛШ— . (в)

Ккон ГПп

Критерій подібності, що враховує особливості реологічної поведінки та хімічної будови полімеру, розраховували з виразу:

К _ Зп + 4 ям 4/т

- 12 - . . Стосовно частоти оберту черв’яка (пч) формула має вигляд:

пч- пв . е

(10)

, Для визначення, частоти оберту шестіренчатого насосу (пв) віскозиметра, узгодженої з частотою оберту черв’яка (пч) використовували вираз: .

РЕОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТЕРМОПЛАСТІВ, ДОСЛІДЖЕНІ НА КАПІЛЯРНОМУ ВІСКОЗИМЕТРІ, ЩО ВСТАНОВЛЕН НА ПЛАСТМАСОПЕРЕРОБ-НОМУ ОБЛАДНАННІ

Використання встановленого віскозиметра для оперативного контролю реологічних властивостей можливо при вивченні цих властивостей у стаціонарних умовах в діапазоні параметрів, при яких ведеться переробка. Використання литтєвої машини вертикального типу, як розплавителя полімерних матеріалів, дозволило загружати встановлений віскозиметр розплавами полімерів при різних температурах і оцінити їх реологічні характеристики. Враховуючи можливий діапазон зміни деформаційних характеристик в екструзійному обладнанні - швидкості зсуву від 4,0 до і.б’ІО^с-1, напруги зсуву від 1,0-104 Па до 1,0-106 Па, у вказаному інтервалі проводились виміри реологічних характеристик. Для поліетилену ПЕНЩ 15803-020 у діапазоні 433 до 473 К, ДЛЯ полістиролу УПМ-0503 ВІД 453 до 503 К та для Сантопрену 101-73 від 463 до 493 К. Діаметр капілярів складав 1,5 ; 2,04 та 5,0 мм; при різних довжинах від 12 мм до 60 мм. Враховуючи єдину об’ємну витрату віскозиметра

Пч

(11)

- ІЗ -

(0,05 * 0,5 см3/с) для вказаних вище капілярів визначали по-, казники швидкості зсуву без урахування входового ефекту. Дослідженнями було встановлено, що для побудови безперервної. кривої течії без урахування входового ефекту у діапазоні швидкості зсуву від 4,0 до 1.5-103 с-1 необхідно дотримуватись співвідношення: ... .

де: Ді і Ьі- діаметр та довжина першого капіляру; Дг і Ьг -діаметр та довжина другого капіляру. . -

Порівняння реологічних характеристик, одержаних на віскозиметрі постійного тиску КВПД-П у стаціонарних умовах і на встановленому капілярному віскозиметрі постійних витрат на литтєвих машинах і на капілярах однакових діаметрів та довжин, показує деяку відмінність у чисельних значеннях, яке пояснюється різницею у температурі розплаву, пов’язаному з об'ємами полімерів та методами обігріву. У першому випадку обігрів проводився омічним обігрівачем, у другому - індукційними.

Криві течії з урахуванням входового ефекту на встановленому віскозиметрі та їх порівняння з реологічними характеристиками, знятими на одному і тому ж капілярі на віскозиметрі постійних тисків, показують, що числові значення напруги зсуву і ефективних в’язкостей при тих самих температурах і швидкостях‘зсуву трохи відрізняються одне від одного, але знаходяться у межах помилки експерименту і можуть бути використані для інженерних методів розрахунку. Характер кривих та чисельні значення кривих близькі, тому вони подібні кривим, знятим на віскозиметрі КВПД-2. . - .

У той же час визначення реологічних характеристик на встановленому віскозиметрі олефінових термоеластопластів типу Сантопрен 101-73 пов’язано з рядом труднощів. У всьому інтервалі швидкостей зсуву 4,0 до 1,5- 103 с-1 для поліетилену та полістиролу одержується безперервна реологічна крива. У випадку ж багатофазних і наповнених систем, таких як Сантопрен 101-73, одержуємо сімейство кривих; для того, щоб звести їх до однієї, ураховувався коефіцієнт пристінного ковзання, тобто швидкість на стінці не дорівнює нулю.

Для оцінки ефекту ковзання побудовано графік залежності , де Ус - секундна витрата для капілярів однієї довжини та різних діаметрів. Кут нахилу ліній визначає залежність коефіцієнта ковзання від ге ,після чого розраховували витрату полімера крізь капіляри різного діаметру. При збільшенні діаметра (у даному випадку від 1,5 до 5 мм) ефект постійного ковзання не відіграє скільки-небудь значної ролі. Знаючи коефіцієнт ковзанняоцінювали витрату розплава полімера, а потім розраховували швидкість зсуву з урахуванням коефіцієнту ковзання.

Визначення і контроль в'язкості, що вимірено на віскозиметрі, встановлюємому у черв'ячний прес при умові, що деформації полімера у черв’ячному пресі і у встановленому віскозиметрі були однакові, тобто температура, тиск, швидкість зсуву і питома витрата розплаву в одиницю часу були однакові.

Так, при екструзії термопластів на черв’ячному пресі ЧП 90*30 дослідження реологічних характеристик охоплювало діапазон швидкостей зсуву від 4 до 103 с-1.

При побудові кривої течії поліетилену ПЕНЩ 15803-020 у діапазоні температур від 443 до 473 К (рис. 1) змінювалась частота оберту крокового двигуна і витрата полімеру крізь

капіляри різного діаметру і, таким.чином, швидкість-зсуву. Одержані криві (рис. 1) мають характер, аналогічний кривій течії, одержаній на капілярному віскозиметрі постійних тисків, а значення реологічних характеристик для відмічених температур відповідали значенням тих же характеристик, одержаним при випробуванні віскозиметра на литтєвій машині,.

Одержання якісних виробів можливо при переробці ' полімерів у раціональному діапазоні в'язкостей, що обмежується виникненням термоокислювальної та механохімічної деструкції. Із збільшенням частоти оберту робочого органу (пч) за рахунок напруги зсуву та різниці течії шарів полімеру та внутрішнього тертя при постійній подачі полімеру сталому режимі черв’ячного пресу відбувається підвищення температури розплаву (Трозпл.), яке можна описати виразом:

ДЛЯ ПОЛІеТИЛену — Т+ К'Пи > (13)

'уооЗЛА 'О

для полістиролу та Сантопрену \ (14)

р°лпп* " І

де К і К1 - коефіцієнти.

Критична швидкість зсуву визначається для конкретних полімерів та температур при умовах, коли починається руйнування струї розплаву. По критичній швидкості зсуву знаходили критичне число обертів черв’яка. Проведені дослідження на ПЕНЩ 15803-020 і розрахунки показали, що для серійного черв’ячного пресу ЧП 90*30 без змішувальних елементів критичне число обертів в діапазоні 150-160 хвилин-1 (швидкість зсуву у зазорі між гребнем витка та гільзою складає 4000 с-1), наступне його підвищення призводить до деструктивних, процесів у полімері. Інтегральне значення в’язкості у впадині черв’яка ха-

рактеризуеться у цьому випадку середньою швидкістю зсуву від 100 до 120 с-1. З залежності ^ від ^ по вказаним значенням та оптимальній температурі (463-473 К) знаходять діапазон в’яз-костей (9-Ю2 * 1-Ю3 Па-с), в якому необхідно формувати ПЕ-плівку.

КОНТРОЛЬ ТА КЕРУВАННЯ ПРОЦЕСОМ ЕКСТРУЗІЇ ТЕРМОПЛАСТІВ ЗА ДОПОМОГОЮ ВІСКОЗИМЕТРА, ЩО ВСТАНОВЛЕН У ЧЕРВ’ЯЧНИЙ ПРЕС Використання встановленого віскозиметра в екструзійне обладнання спільно з мікропроцесорною системою дозволяє здійснювати повторюваність технологічного процесу і пере, будовуватися на новий технологічний регламент, інший полімер- -ний матеріал та вид виробів. Система управління екструзійним обладнанням для виробництва поліетиленової рукавної плівки на базі ЕОМ будувалася по ієрархічному принципу. На нижньому рівні знаходяться датчики контролю технологічних параметрів об’єкту управління. На другому ступені - локальні регулятори основних параметрів: температури стінки циліндру черв’ячного пресу та формуючого інструменту, тиску розплаву в головці, частоти оберту черв'яка та двигуна приймаючого пристрою та"' ’ ін. На наступному ступені знаходиться мікропроцесорна система (МПС) керування технологічною лінією, що узгоджує роботу всіх локальних регуляторів у відповідності до заданої програмою. Узагальнений алгоритм керування частотою оберту черв’яка дозволяє найбільш оперативно змінювати в'язкість в технологічно необхідному діапазоні та в випадку відхилення відрегулювати частоту оберту до потрібного значення.

З метою видачі керуючих- впливів у систему керування автоматичним регулюванням частоти оберту черв'яка, температурою нагрівачів і системою охолодження черв'ячним пресом використовували ряд математичних залежностей, що одержані на

встановленому віскозиметрі, у т.ч.

Підтримання діапазону значення в’язкості (напруги зсуву) та температури здійснюється наступиш чином: підпрограма обробки інформативних сигналів пропорційних швидкості зсуву ф і температури ( Т ), аналізує їх поточне значення. У випадку, якщо поточне значення зсуву

І 3(50

обчислюється теоретичне значення аргумента ) інтерполюванням табличної функції )та МПС видає керуючий

вплив на систему керування,електродвигуном. При поточному

значенні швидкості зсуву У* £л7[ досягнута частота оберту

"те тюр

черв’яка зберігається, а потім виникає корекція частоти оберту черв’яка по заданому значенні в'язкості (напруги зсуву). Аналоговий сигнал, пропорційний в'язкості, оброблюється

і порівнюється з теоретичним значенням ^ у межах

У £ (5т/ 'о >

ІІІГЧП

Зміненням керуючого впливу на систему автоматичного регулювання частоти оберту електроприводу черв'яка в'язкість корегується в межах п :п * л Ч •

иТ*к Сгел/» " Л і-

На екрані дисплею відображається інформація про задані поточні значення параметрів: в’язкості (напруги зсуву), швидкості зсуву, температури розплаву у черв’ячному пресі та віскозиметрі, а також графіки залежності заданому діапазоні температури.

ОДЕРЖАННЯ ВИРОБІВ З ПОЛІМЕРІВ НА КАПІЛЯРНОМУ ВІСКОЗИМЕТРІ ПОСТІЙНИХ ВИТРАТ

У процесі екструзії термопластів і олефінових термоелас-топластів типу Сантопрен виникає пульсація розплаву, а одержання виробів з малим поперечним перерізом з підвищеними вимогами до точності.розмірів, пов’язано з еластичним віднов-

- ІсЗ -

ленням струї чи так званим Барус-ефектом. '

Для усунення пульсації розплаву використовували при одержанні погонажних виробів з малим поперечним перерізом встановлений віскозиметр. Дослідження впливу параметрів переробки на еластичне відновлення струї показало, що на нього впливав температура переробки, ефективна швидкість зсуву. При оцінці розширення струменя ураховувалась хімічна будова та потужність розплаву та геометричні характеристики канапу (Ь /0), максимально наближені до реальних умов деформування розплаву при температурах переробки. Для поданих полімерів в дослідженому температурному діапазоні Барус-ефект оцінюється рівнянням:

де Кг - коефіцієнт, що характеризує інтенсивність деформаційного впливу робочого органу на розплав полімерного матеріалу; С - коефіцієнт, що враховує природу полімерного матеріалу і є постійною величиною у межах даного гомологічного ряду полімера; сІс- зовнішній діаметр струменю після релаксації; сі^- внутрішній діаметр капіляру;^- щільність струменя

У спрощеному вигляді при наявності значень і певних

Одержана аналітична залежність дозволяє розрахувати розбухання струї, а отже і розміри виробу, при певних реологічних характеристиках розплаву у випадку деформаційного впливу на розплав робочого органу та вплив форми оформлюючого каналу формуючого інструменту, і урахувати їх при одержанні погонажних виробів малого перерізу з підвищеними вимогами до розмірних характеристик.

Технологічний процес одержання погонажних виробів висо-

(15)

при Т- 293 К; Р - щільність струменя при температурі течії.

умовах одержання виробу: О • (іб)

ко'і розмірної точності полягає у тому, що для його втілення у перехіднику між .поршневим розплавителем вертикальної лит-тєвої маліини та формуючим інструментом встановлюється віскозиметр постійних витрат, де постійна витрата регулюється частотою оберту обігріваємого шестіренчатого насосу, який обертається за допомогою крокового електродвигуна (рис.2). Здійснення технологічного процесу одержання високоточних пого-нажних полімерних виробів по запропонованим схемам дозволяє знизити матеріальні та енергетичні витрати та виробничі площі для їх одержання.

ВИСНОВКИ

1. Розроблен метод регулювання реологічних властивостей

термопластів у процесі екструзії, що дозволяє вирішити проблему контролю та управління в’язкістю за рахунок встановленого в обладнання віскозиметра, поєднаного з мікропроцесорною системою та приводом пластмасопереробного обладнання, і одержання погонажних виробів високої розмірної точності з термопластів. , •'

2. Показано, що модернізований експериментальний зразок

встановленого у пластмасопереробне обладнання віскозиметра дозволяє забезпечити безперервне вимірювання в'язкості у процесі переробки полімерів при різних температурах і швидкостях зсуву ( 5,0 до 1,5-ІО3 с-1), що реалізуються у процесі екструзії. .

3. Проведені дослідження по визначенню реологічних ха-

рактеристик, полімерів у встановленому у пластмасопереробне обладнання віскозиметрі. Показано, що криві течії полімерів і-НІ); одержані при різних температурах на

встановлюємому'віскозиметрі, підпорядковуються ступеневому закону і ідентичні кривим, одержаним на капілярному віс-

Швидкість зсуву, С--1

Рис.І.Залежність напруги зсуву (Т)і ефективної в’язкості(^ від швидкості зсуву Ш для поліетилену ПЕНЩ 15803-021

■ отримана на встановленому у черв’ячний прес віскозиметрі

Рис.2.Технологічна схема одержання погонажних виробів на литтявій машині з встановленим. віскозиметром:І-бункер; 2-трубопровод;3-за вантакувальна поронка;4-литтева машина;5-індукційний нагрівач;

6-поршень;7-піскозиметр капілярний постійних нитрат встановлений.

у лінію безперервної дії з формуючим інструментом ріпного профілю

8-шафа управління віскозиметром;9-мікроЕОМ;Ю-иашіа охолонення; ІІ-тягнучий пристрій; І2-обдувпчний пристрій;ІЗ-намотувальний та відрізний пристрої.

ковиметрі постійних тисків і можуть' бути використані для оцінки рівня технологічного процесу та інженерних методах розрахунку.

4. Обгрунтовано місце установки встановленого віскозиметра у черв'ячний прес, що дозволяє змоделювати умови надходження розплаву полімеру в головку черв’ячного пресу та в

■ канал входу в встановлений віскозиметр.

5. Виявлен взаємозв'язок міх деформаційними властивостями термопластів та параметрами червячного пресу та встановленого віскозиметру, який дає можливість узгодити частоту оберту черв'яка та крокового двигуна встановленого віскозиметра.

6. Проведена оцінка раціонального діапазону в'язкостей при формуванні термопластів у процесі екструзії, що дозволяє одержувати якісні вироби.

7. Розроблена програма та алгоритм управління процесом

екструзії при переробці поліетилену та полістиролу за допомогою встановленого в екструзійне обладнання віскозиметра і мікропроцесорної техніки, ураховуючи корекцію частоти оберту черв'яка черв'ячного пресу для зміни в'язкості у заданому діапазоні температур. •

8. Показано, що використання встановленого віскозиметра можливо як для контролю та управління процесом екструзії, так і для одержання погонажних виробів високої розмірної точності із термопластів. Це дозволяє створити малогабаритні установки, які заощаджують виробничі площі та енергію.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

і. Кириенко Е.М., Пахаренко В.А., Пахаренко А.В. Определение энергозатрат пластмассоперерабатывающего оборудования. Энергетический центр ЕС в Киеве / Программа TACIS/- Киев:

ИЭ$ НАН Украины.-1995.-45.с.

2. Александровский О.В., Климкин Е.В., Бондаренко Л.И.,

Пахаренко А.В. Влияние чистоты обработки поверхности барабана на качество ПЭТФ пленки // Химическая технология.- 1992. -N3.-0.31-34. ;1

3. Малиновский В.В., Пристайлов С.О., Середа Г.А., Пахаренко А.В. Теплофизические свойства термопластов в зави-

^ симости от содержания минерального наполнителя // Сб. Химическое машиностроение. К.: Техника.-1993.-N54.-С.19-22.

4. Пахаренко А., Анохин В., Кириенко Е. Реологические

характеристики некоторых полимеров, измеренные на различных вискозиметрах // Інформатизація та нові технології.-1996.-N4-0.-28-31. ,

5. Пахаренко А.,. Кириенко Е., Анохин В. Получение изделий из термоэластопластов на капиллярном вискозиметре постоянного расхода // Інформатизація та нові технології - ' 1997.-N1.-0.-29-31.

6. Пахаренко А.В., Анохин В.В. Оценка вязкостных характеристик полимеров на экструзионном оборудовании в процессе переработки // Тези доповідей наукової конференції молодих вчених та студентів К.: ДАЛПУ.-1994.-С.51.

7. Пахаренко О.В., Анохін В.В. Керування процесом екструзії термопластів.// Збірник наукових праць молодих вчених. Тези доповідей наукової конференції молодих вчених та студентів. К.:ДАЛПУ.-1995.-ч.1.-С.47.

8. Пахаренко А.В., Кириенко Е.М. Получение погонажных высокоточных изделий малого поперечного сечения из композиционного материала на основе термоэластопластов.// Тезисы докладов 1-го международного симпозиума " Будущее за компо-

-.зитами". Набережные Челны; КаМПИ.-1997.-С.49-50.

АННОТАЦИЯ

Пахаренко А,В. " Разработка метода регулирования реологических свойств термопластов в процессе экструзии". Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.06.- Технология получения и переработки полимерных и композиционных материалов. Государственная Академій легкой промышленности Украины, Киев, 1997 год. Зглдашдетоя 8 научны:? работ, содержание результаты исследований по сценке, разработке метода контроля и регулирования реологических свойств расплава термопластов и термсз-ластопластов в процессе экструзии. Изучены основные закономерности изменения реологических сзсйстз термопластов под воздействием терысмеханических параметров встраиваемого вискозиметра постоянного расхода. Разработан спсссб производства погонажных изделий из термопластов высокой размерной точности. Ключевые слова: расплавы пслимерсз, вязкость, экструзия, регулирование сзсйстз, погонажные изделия.

SUMMARY. ■

Pakharer.ko А. У. "Elafccraticn of the method of regulati-cn of Theological properties of thermcplasts in the ргссэгз of extrusion". Manuscript dissertation thesis for a candidate's degree on speciality G5.17.CS - Technology of manufacturing ar.d transformation of polymer and composite materials. State Academy cf the Light 'Industry of Ukraine, c.Kiev, i'397. 3 sc і end: ic works are defending, which contain results cf -research in estimation, elateration cf the method cf control and regulation cf Theological properties cf thermcplast's ar.d thermcelastoplasts fusion in the process cf extrusion. The main ccnfirmities to natural laws are studied in changing cf rheolcgical properties cf thermcplasts under the influence of themra-mechar.ical parameters cf the built-in viscosimeter cf the constant expenditure. The way cf manufacturing cf linear articles cf the high precision from thermcplasts is elaborated on the basis of built-in viscosimeter and small power-sparing plants and reccmmendaticns are made on technological parameters cf their manufacturing.

Key words: fusions cf polymers, viscosity, extrusion, regulation of properties, profile articles.

Піші, до друку 15.05.97р. Формат 60x84 І/І6. Папір

друк.. Друк офсетний. Умови, др. арк.1.39. Умовн.ііарбо-відб.І,50. Облік.-вид, арк. 1,09. Тираж 12(3. Зам. 244: Безплатно.

Дільниця оперативної поліграфії при Державній академії

• Легкої промисловості України.

2520ГІ, Київ-ІІ, вул. ІІемиропича-Данченко, 2. .