автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Выбор рациональных технологических режимов экструзионного формирования изделий из полимерных материалов

ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 678.057.375

Деззя Алексгязз» Георгиевич

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ЭКСТРУЗИОННОГО ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность: 05.17.08 "Процессы и аппараты химической технологии"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тамбов - 1995

Работа выполнена в Тамбовском государственном техническом

университете (ТГТУ)

!

Научные руководители: доктор технических наук, профессор МИЩЕНКО СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, доктор технических наук, ПОНОМАРЕВ СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор АРУТШОВ БОРИС АШОТОВИЧ, кандидат технический наук, докторант ТУГОЛУКОВ ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ

Ввдуше предприятие АО "АРТИ".

Зашита состойтся 1995г. в ауд. 60 в

часов на заседании диссертационного совета: К 064.20.01 Тамбовского государственного технического университета. Отзывы в двух экземплярах, скрепленные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392620, г. Тамбов, ул. Ленинградская, 1, ТГТУ. .

С диссертацией моиво ознакомиться в библиотеке ТГТУ Автореферат разослан * 6^/^^1995 п.

Ученый секретарь диссертационного совета ТГТ В.М. Нечаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время полимерные материалы находят применение в различных отраслях промышленности, строительства, в сельском хозяйстве и т.д. Повышение эффективности производства изделий из полимерных материалов невозможно без оптимизации технологических режимов процессов их переработки, . осувествляемой на основе математического моделирования.

Отличительной особенностью полимерных материалов является значительное изменение структуры в процессе их переработки в изделия и детали. Структурные изменения особенно проявляются в вязкотекучем и высокоэластическом состояниях полимеров и сказываются на их реологических и, как полагают, на теплофизических свойствах. Коэффициенты теплопроводности и температуропроводности при этом превраиаются в тензоры».

Эти же структурные изменения происходят при экструзионном формовании изделий из полимерных материалов. В процессе сдвигового течения пра экструзии наблюдается ориентация макромолекул в налравлзкаа скорости сдвиговой деформации. При этом происходит выделение тепловой энергии за счет диссипативкого разогрева экструдируемэго материала. Учет этих факторов в значительной степени необходим при выборе оптимальных технологических режимов переработки таких материалов, которые вследствие разогрева могут изменять свои физические и химические свойства.

Для выбора рациональных режимных параметров процесса экструзии необходимо знать температурное поле в потоке расплава или раствора полимерного материала. Известные математические модели, описывающие теплопереяоС' при течении полимерных материалов по каналам, используют тешюфизические характеристики (ТФХ), полученные для изотропных образцов. Следовательно, возникает необходимость создания новой, более точной

1 В.H.A.A. van den Brule. A Network Theory for the Thermal Conductivity of an Aborphoua Polyneric Material // Rheologica Acta.- 1989.- Vol.28.r Ho.4- P,257-266.

B.H.A.A. van den Brule, P.J. SlikJcerveer. Anisotropic Conduction of Heat caused- by Molecular Orientation in a Flowing Polymeric Liquid // Rheologica Acta.- 1990.- Vol.29.- Ho.3-P.1/5-181.

. - 2— •

математической моязли» учитывающей анизотропию теплофизических характеристик полимерных материалов при сдвиговом течении. Однако до настоящего . времени ке существовало средств, позволяющих определять компоненты тензоров теплофизических характеристик гадких материалов непосредственно при сдвиговом течении. В связи с этим необходимо разработать метод и устройство для определения компонентов тензоров ТФХ, являющихся параметрами математической модели и их зависимости от скорости сдвига.; Таким образом, тема диссертационной работы представляется актуальной с научной и практической точек зрения.

Цель работы состоит в создании методики выбора рациональных технологических режимов- экструзионного формования изделий из полимерных материалов с применением уточненных параметров математической модели температурного поля в потоках растворов и расплавов полимеров, а также в создании метода и устройства для определения зависимости парамзтров этой математической модели от скорости сдвига.

Научная новизна. Предложена уточненная математическая модель теплопереноса при течении растворов и расплавов полимеров в цилиндрическом канале формующей головки экструдера, особенностью которой является то, что в качестве параметра модели используется второй диагональный компонент тензора теплопроводности, определяющий перенос тепла в направлении, перпендикулярном плоскости сдвиговой деформации.

Разработаны теоретические основы экспериментального определения зависимости вторых диагональных компонентов тензоров теплопроводности и температуропроводности расплавов и растворов полимерных материалов от скорости сдвига.

Экспериментально определена зависимость значений вторых диагональных компонентов тензоров теплопроводности и температуропроводности ряда растворов полимерных материалов от скорости сдвига.

На основании предложенной математической модели температурного поля в потоках растворов полимерных материалов и исследования зависимости вторых диагональных компонентов тензоров теплопроводности и температуропроводности от скорости сдвига разработана методика выбора рациональных технологических режимов экструзионного формования изделий из полимерных материалов. . .

о

... - 3 -

Практическая ценность. Разработаны алгоритм и программа для расчета температурного поля ламинарного потока полимерного материала при течении в цилиндрических каналах формующей головки экструдера с учетом анизотропии ТФХ.

Разработаны метод и измерительное устройство для исследования зависимости от скорости сдвига вторых диагональных компонентов тензоров теплопроводности и температуропроводности растворов и расплавов полимерных материалов.

Получены опенки случайных и систематических погрешностей > измерения ТФХ растворов полимеров с применением разработанных метода и устройства, создан алгоритм введения поправок в результаты измерения ТФХ, позволивший уменьшить значения систематических погрешностей измерения.

Разработан алгоритм выбора рационального расхода полимерного материала через цилиндрические каналы формуюсей головки экструдера.

Результаты диссертационной работы приняты к использованию в институте синтетических полимерных материалов РАН (г.Москва, 1993 г.), в АО НИИРТИао (г. Тамбов, 1993 г.), ВНИ1М (г.Тула, 1991г.), ГосНИИХП (г. Казань, 1993г.) ■

Апробация работы. Оскяяшэ результаты работы докладывались . на Всесоюзной конференции 'Моделирование -систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем научных исследований я гибких автоматизированных. производств" (Тамбов, 1939г.): ' Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых (10 Всесоюзная теплоЗязическая скола) "Теплофизика релаксируших систем" (Тамбов, 1990г.) г Всесоюзной конференции *Мера-9Г (Москва, 1991г.): Всесовзной научной конференции "Современные методы в теории краевых задач" (Боронев, 1992г.): Международной теплофизической школе "Теплофизлчаские проблемы промышленного производства" (Тамбов, 1992г.): 13 Европейской конференции по теплофизическим свойствам (Лиссабон, Португалия, 1993г.):-теплофизической конференции СНГ (Махачкала, 1992г.): Первой научной конференции ТГТУ (Тамбов, 1994г.); Второй региональной научно-технической конференции "Проблемы химии и химической технологии" (Тамбов, 1$94г.).

Основное содержание работы изложено в 14 публикациях.

- * -

Диссертационная работа состоят из введения, четырех, глав, заключения и приложения. В конце работы приведен список цитируемой литературы, содержала! 100 наименований. Общий объем работы составляет 143 машинописныз страншш.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность выполненной работы. Приведены краткие обзоры существующих математических моделей телдюпереноса при течен»д расплавов и растворов полимерных материалов в каналах, а также методе» и устройств для определения теплофизических характеристик при сдвиговом течении. Сформулированы цель и задачи исследования, новизна полученных результатов и их практическая шниость, а также кратко излагается содержание диссертации.

В. первой главе приводится характеристика процесса экструзионного формования изделий из полимерных материалов, рассмотрены различные типы экструдеров, а также особенности теплопереноса в потоке растворов и расплавов полимеров.

. Температурный режим процесса экструзии в значительной степени определяется дисскпативным разогревом при сдвиговом течении полимера. Наиболее интенсивно теплота выделяется при течении материала через канал формующей головки экстру дера. Поэтому для выбора технологических режиме» важно знать температурное поле в этом канале про течении через него полимерного материала.

Математическая модель температурного поля при течении полимерного материала в цилиндрических каналах формующей головки экструдера разработана на основе уравнений неразрывности, движения я энергии. Их шалю позволил принять следующие, допущения, приемлемость которых подтверждается в результате обзора литературных источников:

-гидродинамический режим течения полимерного материала и процесс переноса тепла в потоке стационарны во времени; -течение внутри канала одномерное;

-внедиагональные компонент] тензора теплопроводности я^Хр,, *„*&„• иного мевъ'ле диагональных компоненте» х„. л,,. где г, г, - соответственно осевая, радиальная и

угловая координаты канала;

-в сдвиговом потоке полимерного материала действуют внутренние источники тепла, обусловленные диссипативным разогревом при сдвиговом течении вязкой жидкости:

-перенос тепла вдоль оси канала г за счет теплопроводности пренебрежимо мал по сравнению с переносом тепла за счет вынужденного течения жидкости.

С учетом этих допущений, в результате анализа уравнений энергии, движения и неразрывности получена следующая математическая модель, описывающая температурное поле в потоке раствора или расплава полимерного материала в цилиндрическом канале:

„(г)су(Т)^ 4 ( (1.1)

2>0, г*В, Т(г,0)=То, аТ(0,г1-0, Т(М)=Т0. (1.2) АГ

Зависимости Лгг(Т,т) и д(Т,т) представлены в виде: -

хгг(Т,7)=а0х1(Т)аа(у), ист.тымлтьам. (1-3)

где Хо, До, - значения теплопроводности и динамической вязкости в изотропном состоянии: а1(Т). и (Т) - функции, определгткгиз зависимость второго диагонального компонента Агг ' тензора теплопроводности Л и зависимость динамической вязкости д от температуры Т: Л2(т), да(т) - функции, определяющие зависимость второго диагонального компонента хгг тензора теплопроводности л и зависимость вязкости и от скорости сдвига т: г,г - продольная и радиальная координаты цилиндрического канала; Т- температура;

Зп + 1 г

м(г),.а ^ ^[^(й)*""]' пР°Филь " скорости течения жидкости;

ыг=С/пИ2 - средняя скорость течения материала; С - расход полимерного материала через канал формующей головки экструдера; Я - внутренний радиус канала: п - показатель степени, входящий в степенной реологический закон г=кг", где г, г, к - касательное напряжение, скорость сдвига и показатель консистенции;• Су-объемная теплоемкость; Т - температура внутренней поверхности стенки канала и температура материала на входе в канал;

Зависимости мг(г), ^(Т), д,(Т), су(Т) для большинства

полимеров известны или могут быть определены расчетным путем. Остается неизвестной функция Аа(г), описывающая зависимость ■ второго диагонального компонента тензора теплопроводности от скорости сдвига. Поэтому задачей дальнейших исследований, описываемых во второй главе, является разработка метода и устройства для определения зависимости второго диагонального компонента тензора теплопроводности от скорости сдвига. Во второй главе рассмотрены теоретические

# л А"(г)

разработанного метода определения функции ха(7)=-

основы

Физическая модель

измерительного устройства представляет собой два коаксиальных цилиндра В и Н (см. рис.1). Внутренние слои 1, 2, 3 цилиндра В имеют известные теп-лофизические свойства, а внешний сдой 4 представляет собой исследуемую жидкость. Между слоями 1 и 2 расположены источник тепла 5 и термометр сопро-

К] Яг Яз Я4

Рис. 1. Физическая модель измерительного устройства.

тивления 6. Наружный' цилиндр Н в каждом эксперименте вращается относительно внутренне го цилиндра В с угловой скоростью и.

Для выбранной физической модели была сформулирована математическая модель теплопереноса в измерительном устройстве, которую можно записать в виде:

аЦ(г,т) 1 8

вт С,р, г вг

аЦ(г,т) *а 1а

,8х СаРз г вг

ах " С3Р3 г .аг *

а^г.т) х„ 1 а

вт са-Г вг

8Ц(г.тП ' ла(г.г)1

'—у

аг

<Хг<1Ц, тХ),

^<83, т>0,

Г вт J СжР, (Вл—Кз)4г*

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

В3<г<й4, г > О,

а1,(о,т)

(2.5)

1*Ш„т)=0,

^(г.О) = уг.О) * 13(г,0) » 14(г»0)=0,

(2.10)

где 13, 14, [К) - температуры 1,2.3 и 4 слоев; м.^/с!-

угловая скорость вращения внешнего цилиндра Н; г, [сЬвремя; И,. йа,' В,Лм] - внешние радиусы первого, второго и третьего слоев внутреннего цилиндра; [м] - внутренний радиус внешнего

теплопроводности первого, второго и третьего слоев внутреннего цилиндра; с, [Иж/^-К)]- объемная теплоемкость исследуемой

Ж йт

жидкости; х р, [ -второй диагональный компонент тензора теплопроводности л исследуемой жидкости; с р , сзрз,

[Лж/(м3-К)1 - . объемные теплоемкости первого, второго и третьего слоев внутреннего шшгадра; ч(т) (Вт/м2]

поверхностная удельная мощность источника теплоты; д, [Па-с]-эффективная динамическая вязкость исследуемой неныотоновской жидкости.

Так как определение температурного поля ^(гД) из рассмотренной математической подели довольно затруднительно, то" функции ^(г,т) в соответствии с принципом суперпозиции были представлены в виде: ^(г,г) = ^(г,т) ♦ в,(г,т), ^1,2,3,4. Функция ТлСг,т) описывает температурное полз системы при выделении тепла в слое исследуемой жидкости только за счет диссипативного разогрева, а функция о^г.г) описывает температурное поле при выделении тепла только от . источника теплоты ч(т), распологейного во внутреннем цилиндра на постоянном расстоянии ^ от его оси.

цилиндра Н; х2,

•э1

коэффициенты

В результате решения задачи (2.1)-(2.10) для функций Т,(г,т)=^(г) при т-х» получено соотношение, позволяющее вычислить параметр и^

^_(«: _

где Т= Т (И ,«)-Т (Я,») - экспериментально измеренное

о 114 4

установившееся значение разности мехду температурой Т^,«) внутреннего цилиндра в сечении радиуса г= ^ и температурой внешнего цилиндра Т4№4,«)= 0.

В результате решения задачи (2.1) -(2.10) для функций ел(г,т) с использованием интегрального преобразования Лапласа

т

е*(г,р)=|вл(г,х) ехр(-рг)<1т, >1,2,3,4, р>0, о

ее

Ч*(р)=|я('с)ехр{-рг)с1г, р>0, о

были получены расчетные зависимости для вычисления вторых диагональных компонентов хгг и атг тензоров теплопроводности и температуропроводности

ч'(л),...], аг^Р.Щ/Й,, 1=1.2,

где безразмерный параметр, вычисляемый в ходе решения системы уравнений, формируемой на основе граничных условий (2.5) - (2.9) по значениям экспериментально найденных временных интегральных характеристик: в^^.р,), я*(р,) (1=1,2).

Для предложенного метода проведен анализ методических погрешностей, возникающих вследствие нарушений устойчивости течения исследуемой жидкости в зазоре между коаксиальными цилиндрами и одномерности температурного поля в измерительной системе, зависимости теплофизических характеристик исследуемой жидкости от температуры, наличия источника тепла в слое исследуемой жидкости. Определены условия, при которых погрешности будут минимально п. На основании физической модели теплопереноса в системе коаксиальных цилиндров и. анализа источников погрешностей определения теплофизических характеристик разработаны конструкция измерительного устройства

и экспериментальной установки для определения теплофизических характеристик жидкостей при сдвиговом течении.

Экспериментальная установка состоит (см. рис.2) из измерительного устройства ИУ, электропривода ЭПТ, термостата, блоков питания БП1, БП2, БГО, блока согласования БС, магазина сопротивлений КС, а также измерительно-вычислительного комплекса (ИВК).

Электропривод служит для передачи крутящего момента от двигателя постоянного тока через редуктор к внешнему цилиндру измерительного устройства.

Питание якорной обмотки и обмотки возбуждения двигателя постоянного тока осуществлялось от независимых стабилизированных источников питания БП1, БП2. Скорость вращения внешнего цилиндра регулировалась в пределах 0...50 об/мин за счет изменения напряжения питания обмотки возбуждения двигателя.

Термостат предназначен для задания и поддержания постоянной температуры внешнего цилиндра измерительного устройства.

Информация, полученная от процессе эксперимента, через блок измерительно-вычислительный последующей обработки.

Рис. 2. Функциональная схема экспериментальной установки

измерительного устройства в согласования БС вводилась в комплекс (ИВК) для хранения и Электрический нагреватель измерительного устройства подключался к блоку питания БПЗ также через БС.

Конструктивная схема измерительного устройства изображена на рис. З.- Внутренний неподвижный цилиндр В из капролона при помощи подшипников 1 и 2 укреплен коаксиально с наружным цилиндром Н.

В коаксиальном цилиндрическом сечении внутреннего цилиндра радиусом й, намотаны термометр "сопротивления 3 медным проводом диаметром 0.15 мм и .электрический нагреватель 4 проводом из манганина диаметром также 0.15 мм.

Для зашиты термометра сопротивления и электрического нагревателя от непосредственного контакта с исследуемой жидкостью служит цилиндрическая гильза 5 ез капролока. С -целью уменьшения контактного сопротивления между электрическим нагревателем в гильзой 5 пространство между ними заполнено эпоксидной смолой. Нижний торец воспринимающей части внутреннего цилиндра выполнен полусферическим, что способствует наиболее устойчивому режиму течения полимерного материала в прост-Рис . 3. Конструктивная схема ранстве между коаксиальными ш-измерительного устройства. линдрами.

К нижней части наружного цилиндра прикреплено основание 7, имеющее полусферическое углубление. Это углубление имеет такой внутренний радиус, что зазор между ним и полусферической торцевой частью внутреннего цилиндра равен зазору между коаксиалышйи цилиндрическими поверхностями цилиндров В и Н. Основание 7 имеет также в нижней части отверстие 8 для посадки на вал редуктора электропривода постоянного тока, а к его боковой поверхности прикреплена цилиндрическая оболочка из нержавеющей листовой стали, образующая водяную рубашку 9.

Термометр сопротивления включен в мостовую измерительную схему, в одно из плеч которой подключается магазин сопротивлений МС (см., рис. 2), что позволяет уравновешивать мостовую измерительную схему при различных температурах наружного цилиндра. Напряжение с измерительной диагонали моста поступает в блок согласования, служащий для увязки выходных параметров мостовой измерительной схемы с входными параметрами аналого-цифрового преобразователя ИВК.

Для предложенного способа определения вторых диагональных компонентов тейзоров теплопроводности и температуропроводности разработана двухэтапная методика • проведения эксперимента. На первом этапе тепловая энергия к слою исследуемой жидкости

подводится только за счет дисснпативного разогрева при сдвиговом течении жидкости. Этот этап заканчивается, когда температура в слое исследуемого материала достигает стационарного значения. На втором этапе теплота к исследуемой жидкости подводится от нагревателя 6. При этом через заданный интервал времени производится регистрация температуры е,(1ц,т) в коаксильном цилиндрическом сечении радиусом 1ц внутреннего цилиндра измерительного устройства. Эксперимент заканчивается при достижении этой температурой своего нового, практически постоянного значения. По измеренной температуре (н^,-ск> в конце первого этапа эксперимента вычисляется параметр цж/\„, а по данным второго этапа находятся значения компонентов хгг и агг тензоров теплопроводности и температуропроводности, а также объемная теплоемкость с„рж= хгг/агг.

На основе проведенного анализа погрешностей определения вторых диагональных компонентов тензоров теплопроводности агг и температуропроводности . а,, жидкостей с хорошо известными теплофизическнми свойствами ( дистиллированная вода, глицерин, 96% этиловый спирт) были найдены оптимальные условия проведения эксперимента при которых получается наименьшей погрешность определения искомых теплофизических величин. Найдены рациональные значения длительности эксперимента и интервалы времени между моментами измерения температуры 8,(31,,г).

В третьей главе представлены экспериментальные данные, полученные при исследовании зависимости вторых диагональных компонентов тензоров теплофизических. характеристик различных материалов от скорости сдвига с помощью разработанных метода и экспериментальной установки. С целью проверки работоспособности метода исследованы жидкости с хорошо известными теплофизическнми свойствами, такие, как дистиллированная вода, глицерин и этиловый спирт (96 %). Для этих- материалов не обнаружено зависимости, теплофизических характеристик от скорости сдвига. Однако, в силу того, что теплофизические свойства этих материалов хорошо известны, эксперименты с ними позволили ввести поправочные зависимости в методику обработки экспериментальной информации, позволявшие свести к минимуму систематическую погрешность при реализации предложенного метода. Кроме того, произведена сравнительная оценка экспериментально измеренных значений в(н,,т) и расчетных значений температур, полученных в

результате численного решения пряной задачи для рассчитанных значений теплофизических характеристик указанных выше материалов. Максимальная погрешность при этом не превышала 3 X. Проведено также экспериментальное определение вторых диагональных компонентов тензоров теплопроводности и температуропроводности растворов полимеров. При исследовании теплофизических свойств эпоксидной смолы ЭП-10, каучука "Структурол" и 7,5 % раствора полиоксиэтилена в воде обнаружена

(см. рис.4) зависимость второго диагонального компонента тензора теплопроводности от скорости сдвига.

Как и ожидалось, объемная теплоемкость не зависит от скорости сдвига. Поэтому зависимость второго диагонального компонента тензора температуропроводности от скорости сдвига имеет аналогичный приведенному на рис.4 вид.

J. 1/с

Рис. 4 Зависимость вторых диагональных компонентов тензора теплопроводности от скорости сдвига т.

) В четвертой главе рассмотрена методика расчета максимальной производительности экструзионной машины при производстве изделий из полимерных материалов с учетом экспериментально полученной зависимости второго диагонального компонента тензора теплопроводности хгг от скорости сдвига. Основным фактором, ограничивающим производительность экструзионной машины, является температура в потоке экструдата. Гак, например, при производстве резиновых изделий предельно допустимая температура в потоке резинд@§£ смеси, в зависимости от ее марки, должна находиться в пре^здах 120-140 °С. Выше этой температуры происходит необратимое изменение структуры материала - подвулканизания.

Выбор рационального режима экструзионного формования изделий из полимерного материала заключается в поиске максимального значения его расхода через канал формующей

головки экструдёра, при котором температурное поле t(r,z) внутри ламинарного потока в пределах канала с внутренним радиусом© и длиной L, вычисленное в результате решения задачи (1.1)-(1.4),

- 13 -

удовлетворяет технодо пгсескону ограничению

■ах Кг,г) * Тпр, (Кг<Я, (Кх^, где Тпр предельно допустюое значение тежературы полимерного материала.

Алгоритм выбора рационального расхода полимерного материала через цилиндрический канал форкуюовй головки экструдера построен с применением метода последовательных приближений. Значение определяется из температурного поля Т(г,г), которое находится в результате численного решения задачи {1.1}—(1.4) с задайкыми начальными и граничными условиями. Решение задачи (1.1)-(1.4) основано на применении метода конечных разностей. На основании разработанного алгоритма составлена программа на языке "ПАСКАЛЬ", позволяющая для различных материалов находить допустимый расход полимерного материала через цилиндрический канал формующей головки экструдера.

Результаты экспериментального определения зависимости второго диагонального компонента теплопроводности лгг от скорости сдвига т были использованы при определении допустимого расхода резиновой смеси на основе каучука "структурол" через канал фораувззй голозка экструзиокной машины. В результате расчета для кглада с внутренним радиусом В=2.5 »м и длиной Ь=10 мм были определены зависимости значений максимальных допустимых

значений расхода С от предельных значений представленные на рис.5

температуры Т.

пр*

г ^ -"1

V*

Рис.5 Зависимость максимального допустимого расхода С резиновой смеси через канал воркующей головки экструдера от

предельных значений температур^ Тщ, при Т0« 80 *С, №»2.5 мм,

МО мм: 1- без учета зависимости х^ от скорости сдвига г; 2 -

с учетом зависимости х^ от скорости сдвига п

- 14 -

Предлогенная методика определения рациональных режимов экструзионного Ф0Р»"50вання изделий ¿з полимерных материалов принята к использованию в АО НИИРТМаа (г. Тамбов, 1993 г.), в ГосНШХП (г. Казань, 1993 г.), в институте синтетических полимерных материалов РАН (г. Москва, 1993 г.) с общим ожидаемым экономическим эффектом более 15 млн. руб.

В_ пшлозении приводятся сведения о штоде и устройстве для измерения теплофизических свойств плоского неподвижного слоя жидкостей. Данные метод и устройство были созданы в ходе решения задачи идентификации значений вторых диагональных компонентов теплофизических характеристик полимерных материалов в зависимости от скорости сдвига.- В приложении приводятся также программы, вспользуемкз прл выборе рациональных технологических .режимов зкструзпошого бормозания изделий из полимерных материалов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1.На основании анализа известных в настоящее время результатов исследований явления одноосной ориентации макромолекул растворов в расплавов полимеров при сдвиговом течении установлена необходимость в разработке новой, более точкой, математической модели температурного поля при течении полимерных материалов в каналах, учитывающей анизотропию теплофизических характеристик в потоке полимерного материала.

2.В результате анализа уравнения энергии, записанного с учетом анизотропии теплофизических характеристик, сформулирована уточненная математическая модель температурного поля при течении растворов и расплавов полимерных материалов в цилиндрическом канала -еормуксза гоговки экструдера. В отличие от ранее известных, предложенная математическая модель вместо изотропного коэффициента теплопроводности 8 качестве параметра содержит второй диагональный компонент тензора теплопроводности.

3.Разработаны Физическая и математическая модели метода и измерительного устройства для определения вторых диагональных копонентов л,,, а,г тензоров теплопроводности и температуропроводности, а также реотеплофизического параметра иА„.

4. Разработаны н изготовлены' измерительное устройство и автоматизированная экспериментальная установка, позволяющая

определять значения а,г и о,, с предельной погрешностью соответственно 5 X и 8 X при воспроизводимости результатов измерений с разбросом 1 X - 2 X.

5. Разработана методика определения рациональных технологических регимов экструзпонноЗ переработки полимерных материалов, с учетом зависимости теплофизических характеристик этих материалов от скорости сдвига. Для осуществления предложенной мз толики создан пакет программ, позволявший находить максимально возможный расход полимерного материала через цилиндрический канал £ср:;ув:пай головки экструдера при заданной предельной температуре лолимзрного материала и известных краевых условиях.

6.На основе результатов экспериментальных исследований жидкостей с хорошо известными теплофизическими свойствами, таких, как дистиллированная вода, глицерин, 96 X этиловый спирт, предлоген алгоритм введения поправки в результаты определений вторых диагональных южлопентоз хгг, а,., тензоров теплопроводности и температуропроводности.

7.Проведены исследования зазпсткзста вторах диагональных компонентов х„, ргг тензорсз тсялспрсводкоста и температуропроводности эпоксидной сгозш, сшшксясвьк хадостей, лаков, каучуков, растворов псипазхсяэтилена от скорости сдвига. Для каучука "Структурол", эпоксидной смолы и водного раствора полиоксиэталена (7.5 X) обнаругсна зависимость вторых диагональных компонентов. А,, и а,, тензоров теплопроводности и температуропроводности от скорости сдвига т. <

8.С учетом результатов опредэлзння функции *ГГЫ для каучука "Структурол" найдена зависимость оптимальных значений расхода резиновой смеси па основа названного каучука через цилиндрический канал сормукзй голика экструдера от предельно допустимой температуры поликэрпого матовала. • .

9. Предложенная методика определения рациональных режимов экструзиснного сормогзання изделий аз псшпзрных материалов принята к использовании в АО НИИРТМга (г. Тамбов, 1993 г.), в ГосНИИХП (г. Казань, 1993 г.), в Енстатуто синтетических поликзршз материалов РАН (г. Кс$жва, 1993 г.) с обсал ожидаемым экономическим эффэктеи богза 15 ига. руб. /

' - 16 -

Основные материалы, отражайте содержание работы, язложены в следутвх публикациях«

1. Пономарев С.В., Ливин А.Г. Обзор методов н устройств для измерения тепдофизических свойств жидкостей при ламинарном режиме течения.- !еп. ВИНИТИ 26.07.90 г.. ir 4265- В90.- 43 с.

2. А.С. 1820309 СССР, МКИ G01 п 25/18. Способ измерения теплофизнческих свойств жидкости/ Пономарев С.В., Мищенко С.В., Ливии А,Г., Чуриков А.А. // Б.И. * 21.- 1993.- 7с.

3. Пономарев С.В., Миданко С.В., Ливии А.Г. Метод идентификации теплофизнческих свойств жидкости // Термодинамика и теплофизические свойства веществ. Сб. научн. тр. »206.- И.: МЭИ, 1989.- С.59-63.

4. Пономарев С.В., Ливии А.Г. К вопросу о вычислении тепдофизических свойств жидкости // Теплофизика релаксируюших систем.- Тамбов, 1990,- С.65-66.

5. Пономарев С.В., Митенко С.В., Ливин А.Г. Метод, устройство и автоматизированная система научных исследований теплофизнческих свойств жидкостей при сдвиговом течении // Приборы и системы управления.- 1992.- irlO.- С. 18-19.

6. Пономарев С.В., Миавшсо С.В., Ливин А.Г., Методика и автоматизированная аппаратура для исследования теплофизнческих свойств даминарно текущих полимеров // Измерительная техника.-1992.- »11- С.37-39.

7. Ponoaarev S.V. KischenkoS.V., Divin А.С. Dependence of Polymer Material Heat Conductivity Coefficient on Shear Bate Experimental Research //13 European Conference on Thermophysical Properties. Auoust 30 - September 3, 1993.-Lieboa, Portugal.- 1993,- PS 5-01.- Р.48Э.

8. Ponomarev S.V., HiachenXos.V., Divin A.G. Laminar Rate Methods and Devices of Liquids Thermophysical Properties Measurement // 13 European Conference on Thermophysical Properties. August 30 - September 3, 1993.- Lisboa, Portugal.-19957- PS 6-22.- P.555-556.

9. Пономарев С.В., Мищенко С.В., Ливин А.Г. Методы, и средства измерения теплофизнческих свойств жидкостей при ламинарном течении // Теплофизическая конференция СНГ. Махачкала, 24-28 июня 1992 г.- Махачкала, 1992.- С.58.

10. Разработка автоматизированных систем научных исследований теплофизнческих свойств жидких, пастообразных, сыпучих и твердых материалов / Мипюнко С.В., Пономарев С,В., Ливин А.Г., Григорьева С.В. // i научная конференция ТГТУ.- Тамбов: изд. ТГТУ, 1994.- С.5-7.

11. Методика введения поправки в результаты измерения теплофйзических свойств / Пономарев С.В., Ливин А.Г., Романов Р.В., Щербаков A.B.//I научная конференция ТГТУ.- Тамбов.-изд. ТГТУ, 1994,- С.59.

12. Метод и устройство для измерения теплофизнческих свойств жидкостей / Пономарев С.В., Мишенко С.В., Ливин А Г., Чуриков 'А.А. // Измерительная техника.-1994. нг 4. - С. 37-41.

13. Ponomarev 8.Я., Kishchenfco B.V., Divin А.С. Method and Automated Equipment for Investigation of the Thermophysical Properties of Liquid Laminar Polymer Flows// Measurement Techniques - 1?93. -Vol. 35. 4f 11.- P.1300-1304.

14. Ponomarev S.V., Hishchenko S.V., Divin A.G. An automated system for the investigation of the thermophysical properties of liquids in shear ilo« // High Temperatures - High Pressures, 1994. -Vol. 26. - * 3. -P. 287-298.

ЛР N020851 or 13.01.94. Подписало к печати 24.08.95. Формат 60x84/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Объем: 1,63 усл. печ. л.; 0,45 усл. печ. л.-отг.; 1,60 уч.-изд. л Тираж 100 зхз. С83

ТПЦ ТГТУ

392032, Тамбов, Мичуринская, 112, корпус Б