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

од

1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Дяшга Александр Георгиевич

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ЭКСТРУЗИОННОГО ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность: 05.17.08 "Процессы и аппараты химической технологии"

На правах рукописи УДК 678.057.375

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 КИПЕНКО СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, доктор технических наук, ПОНОМАРЕВ СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор АРУТЕНОВ БОРИС АШТОВИЧ, кандидат технических наук, докторант ТУГОЛУКОВ ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ

Ведущее предприятие АО "АРТИ"

Зашита состоится ©¡сгсиС¿/¿,4995г. в ауд. 60 ъ/^" 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 можно ознакомиться в библиотеке ТГТУ

^ /

Автореферат {взослаа 199$

I

Ученый секретарь диссертационного совета В.И. Нечаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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

Отличительной особенность» 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 теплофизнческих свойствах. Коэффициенты теплопроводности и температуропроводности при этом превращаются в тензоры».

Эти же структурные изменения происходят при экструзионном формовании изделий из полимерных материалов. В процессе сдвигового течения при экструзии наблюдается ориентация макромолекул в направлении скорости сдвиговой деформации. При этом происходит выделение тепловой энергии за счет диссипативкого разогрева экструдируекого 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 теплоперенос " при течении полимерных материалов по каналам, используют теплофизические характеристики (ТФХ), полученные для изотропных образцов. Следовательно, возникает необходимость создания новой, более точной

1 В.H.A.A. van den Brule. A Katwork Theory tor the Thernal Conductivity of an Aaorphoua Polyaeric Raterial // Rheologie* Acta.- 1989.- Vol.28.- Wo.4- P.257-266.

B.H.A.a. van den Brule, P.J. Slikkerveer. Anisotropic Conduction of Heat Caused- by Molecular Orientation in a Flowing Polymeric Liquid // Rheologie* Act«.- 1990,- Vol.29.- Ho.3-P.175-181.

математической модели, учитывающей анизотропию теплофизических характеристик полимерных материалов при сдвиговом течении. Однако до настоящего . времени не существовало средств, позволяющих определять компоненты тензоров теплофизическшс характеристик жидких 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 таксе в создании метода и устройства для определения зависимости параметров 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 предлоаинной . 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. . ' ■ ■ .

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 я расплавов полимерных материалов.

Получены оценки случайных и систематических погрешностей > измерения ТФХ растворов полимеров с применением разработанных мвтода 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 формующей головки экструдера.

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

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции "Моделирование систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем научных исследований а гибких автоматизированных производств" (Тамбов, 1989г.):'Всесоюзном совешании-семинаре молодых ученых 110 Всесоюзная теплсфизичзская школа) "Теплофизика релаксирующих систем" (Тамбов, 1990г.): Всесоюзной конференции "Мера-91" (Москва, 1991г.); Всесоюзной научной конференции "Современные методы в теории краевых задач" (Бороне*, 1992г.): Международной теплофизической школе "Теплофизичэские проблемы промышленного производства" (Тамбов, 1992г.): 13 Европейской конференции по теплофизическим свойствам (Лиссабон, Португалия, 1993г.); теплофизической конференции СНГ (Махачкала, 1992г.); Первой научной конференции ТПУ (Тамбов, 1994г.); Второй региональной научно-технической конференции "Проблема химии в химической технологии" (Тамбов, 1$94г.). •

Основное содержание работа взлогено в 14 публикациях.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех. глав, заключения и приложения. В конце работы приведен список цитируемой литературы, содержащий 100 наименований. Общий объем работы составляет 143 машинописные страницы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность выполненной работы. Приведены краткие обзоры существующих математических моделей теплопереноса при течении расплавов и растворов полимерных материалов в каналах, а также методов и устройств для определения теплофизических характеристик при сдвиговом течении. Сформулированы цель и задачи исследования, новизна полученных результатов и их практическая ценность, 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 диссипативным разогревом при сдвиговом течении полимера. Наиболее интенсивно теплота выделяется при течении материала через канал формующей головки экструдера. Поэтому для выбора технологических режимов важно знать температурное полз в этой канале, при 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 к энергии. Их анализ позволил принять следующие, допущения, приемлемость которое подтверждается в результате обзора литературных источников:

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

-внедиагональные компонент! тензора, теплопроводности а,,,3*^, ' много ивньле диагональных компонентов х„, лгг. Лрр, где г, г, - соответственно осевая, радиальная а угловая координаты канала;

-в сдвиговом потоке полимерного материала действуют внутренние источники тепла, обусловленные диссипагивным 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:

4 ^[лгг(1,У)гШ|^].д(т.„ ((м)

г>0, г*Я, Т(г,0)=То, Ш,г)=Т0. (1.2) дт

Зависимости *„(Т.г) и д(Т,г) представлены в виде: -

А„(Т,»)=А0А1(Т)Аг(т), »[ТлЫд.аЫт). (1.3)

где х0, «о, - значения теплопроводности и динамической вязкости в изотропном состоянии; ¡^(7), д^Т) - функции, определяющие зависимость второго диагонального компонента агг ' тензора теплопроводности л и зависимость динамической вязкости д от температуры Г: лз(т), д2(г) - функции, определяющие зависимость второго диагонального компонента тензора теплопроводности л и зависимость вязкости д от скорости сдвига ч\ г,г - продольная и радиальная координаты цилиндрического канала; Т- температура;

Зп + 1 г П*1

профиль 'скорости течения жидкости;

ь)г=С/пИ2 - средняя скорость течения материала; С - расход полимерного материала через канал формующей головки экструдера; й - внутренний радиус канала; а - показатель степени, входящий в степенной реологический закон х=кт"*, где г, у, 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 дгЫ, х,(Т), »1,(1), су(Т) для большинства

определены расчетным путем, описывающая зависимость

основы

- в -

полимеров известны или могут быть Остается неизвестной функция яг(т ■ 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

, >

разработанного метода определения функции л2(у)=-„

Физическая модель

измерительного устройства представляет собой два коаксиальных цилиндра В и В (см. рис.1). Внутренние слои 1, 2, 3 шшпщра В имеют известные . теп-лофизические свойства, а внешний сдой I представляет собой исследуемую жидкость. Между слоями 1 и 2 расположены источник тепла 5 и термометр сопротивления 6. Наружный 'цилиндр Н в каждом эксперименте вращается относительно внутреннего цилиндра в с угловой скоростью и.

Для выбранной физической мэдели была сформулирована математическая модель геплопереноса в измерительном устройстве, которую можно запасать в виде:

/?/ ИгЯз К4

Рис. 1. Физическая модель измерительного устройства.

81, (г.*)

ах

а1а( г.т)

.ах а13(г,т) ах

аМг.т) ат

С,ра

1 £ Г «Щг.тП

Г« [г ег ]

1 « Г «ц(г,гП

г вг [г~~аГ~]

В 1 а Г ^(г.т)] = С^з Г .вг [г вг J

а 1 1 (

0<г<н„ т>0, В,<Г<Ва, г>0, ^<8,, г>0,

12.1) (2.2)

(2.3)

(2.4)

К,<Г<И,. г > О,

¿1,(0,г)

-ц—*0, (2-5)

аЫй-О.т) аиЩ.'Ю.т) 1|(в1-0.*)«1а»140,х), --Я,- ~ч(т),(2.6)

уИ^.тМ^.т), »,-111- « Л3- „ , (2.7) «МП,-*),г) «^(Вз+О.г)

У^-О.тМ,«,«).*), -* ;г , (2.8)

М11«.т)=0, (2.9)

Уг,0) = уг.О) = 1э(г,0) » ^(г.ОН), (2.10)

где 12, ^ [К] - температура 1.2,3 к 4 слоев,- ы.11/с1-угловая скорость вращения внешнего цилиндра Н; т,[с]-время; V Кг' Мм1 " внешнив радиусы первого, второго и третьего слоев внутреннего цилиндра; [м] - внутренний райнус внешнего цилиндра Н; А1, да, дз, - коэффициенты

теплопроводности первого, второго и третьего слоев внутреннего

цилиндра; схрж,1Л*/(м3-К)]- объемная теплоемкость исследуемой Х

жидкости; хгр| [ -второй диагональный компонент тензора теплопроводности а исследуемой жидкости; с1р) , с^>3,

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

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

Так как определение температурного поля ^(гД) из рассмотренной математической модели довольно затруднительно, то' Функции ^(г,г) в соответствии с принципом суперпозиции были-представлены в виде: ^(г,г) * ^(г,т) ♦ в,(г,т), >1,2,3,4. Функция Т)(г,т) описывает температурное поле системы при выделении тепла в слое исследуемой жидкости только за счет диссипативного разогрева, а функция <^(г,г) описывает температурное поле при выделении тепла только от . источника теплоты ч(г), расположэйного во внутреннем цилиндре на постоянном расстоянии II от его оси.

В результате решения задачи (2.1(2-10) для функций Т/г.тЫ^г) при т-х» получено соотношение, позволяющее вычислить параметр д/*,,.:-

дх_(«; т,_

«'»як ± - р

где Т = Т (И ,«.)-ТШ,»] - экспериментально измеренное

в 11 4 4

установившееся значение разности между температурой Т^.и) внутреннего цилиндра в сечении радиуса г= К и температурой внешнего цилиндра Т4(Н4,»)= 14(В4,«)= 0.

В результате решения задачи (2.1) -(2.10) для функций

е/г,т) с использованием интегрального преобразования Лапласа »

в|(г,р)=|в^г,т) ехр(-рт)ск, >1,2,3,4, р>0, о

со

Ч*(р)5|ч(т)ехр(-ртЫг, р>0, о

были получены расчетные зависимости для вычисления вторых диагональных компонентов хгг и а,г тензоров теплопроводности и температуропроводности

^[вЦ^-Р.), Ч*(Р,)....]. вг^/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: е^.р,), ч*(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 данималыгаи. 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 ЭПГ, термостата, блоков питания БП1, БП2, БПЗ, блока согласования БС, магазина сопротивлений МС, 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. 3.- Внутренний неподвижный цилиндр В из калролона при помощи подшипников 1 и 2 укреплен коаксиальао с наружным цилиндром Н.

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

го -

Рис.3.Конструктивная схема

Идя зашиты термометра сопротивления и электрического нагревателя от непосредственного контакта с исследуемой жидкостью служит цилиндрическая гильза 5 из капролона. С -целью уменьшения контактного сопротивления между электрическим нагревателем и гильзой 5 пространство между ними заполнено эпоксидной с малой. Нижний торец воспринимающей части внутреннего цилиндра выполнен полусферическим, что способствует наиболее устойчивому режиму течения полимерного материала в пространстве между коаксиальными ци-

измерительного устройства. диндрами.

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 коаксиальныйи цилиндрическими поверхностями цилиндров В и Н. Основание 7 имэет также в нижней части отверстие 8 для посадки на вал редуктора электропривода постоянного тока, а к его боковой поверхности прикреплена цилиндрическая ободочка из нержавеющей листовой стали, образующая водяную рубашку 9.

Термометр сопротивления включен в мостовую измерительную схему, в одно из плеч которой подключается магазин сопротивлений КС (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 диссипативного разогрева при сдвиговом течении жидкости. Этот этал ьлканчивается, когда температура в слое исследуемого материала досгчгает стационарного значения. На втором этапе теплота к исследуемой жидкости подводится от нагревателя 6. При этом через заданный интервал времени производится регистрация температуры 6,(1^,т) в коаксильном цилиндрическом сечении радиусом й, внутреннего цилиндра измерительного устройства. Эксперимент заканчивается при достижении этой температурой своего нового, практически постоянного значения. По измеренной температуре тг(в,,тш) в конце первого этапа эксперимента вычисляется параметр их/хгг, а по данным второго этапа находятся значения компонентов агг 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 а1Г и температуропроводности а,, жидкостей с хорошо известными теплофизическими 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 в,(я,,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 метола исследованы жидкости с хорошо известными теплофизическими свойствами, такие, как дистиллированная вода, глицерин и этиловый спирт (9б %). Идя 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, позволяющие свести к минимуму систематическую погрешность при реализации предложенного метода. Кроме того, произведена сравнительная оценка экспериментально измеренных значений в(й1,г) и расчетных значения температур, полученных в

результате численного решения прямой 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.

3. 1/с

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

> 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, ограничивающем производительность экструзионной машины, является температура в потоке экструдата. Так, например, при производстве резиновых доделай предельно допустимая температура в потоке резиио§£# смеси, в зависимости от ее марки, должна находиться в npejgffiix 120-140 "С. Выше этой температуры происходит необратимое изменение структуры материала - подвулканизашя.

Выбор • рационального режима экструзионного формования изделий из полимерного материала заключается в поиске максимального значения его расхода С„х через канал формующей головки экструдёра, при котором температурное поле t(r,z) внутри ламинарного потока в пределах канала с внутренним радиусом R и длиной L, вычисленное в результате решения задачи (1.1)-(1.4),

- 13 -

удовлетворяет технологическому ограничению

«ах Кг,г) * Тпр. <Кг<Я, О««., где Тпр предельно допустимое значение тешературы полимерного материала.

Алгоритм выбора рационального расхода полимерного материала через цилиндрический канал Формую®й головки экструдера построен с применением метода последовательных приближений. Значение определяется из температурного поля Т(г,г), которое находится в результате численного решения задачи (1.1Ы1.4) с задайными 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", позволявшая для различных материалов находить допустимый расход полимерного материала через цилиндрический канал формующей головки экструдера.

Результаты экспериментального определения зависимости второго диагонального компонента теплопроводности агг от скорости сдвига г были использованы при определении допустимого расхода резиновой смеси на основе каучука "структурол- через канал формующей головки экструзионвой машины. В результате расчета для канала с внутренним радиусом М.5 мм и длиной Ь»Ю мм были определены зависимэсти значений максимальных допустимых

значений расхода G от предельных значений

представленные на рис.5 _ '

........

температуры Т,

пр'

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

предельных значений температур^ Тпр при Т0* Ю *С, Я=2.5 мм, 1*10 мм: 1- без учета зависимости х^ от скорости сдвига т; 2 -с учетом зависимости от скорости сдвига г;

Предложенная мэтодика определения рациональных режимов экструзионного формования нздегай из полимерных материалов принята к использованию в АО НИИРТМаш (г. Тамбов, 1993 г.), в ГосНИИХП (г. Казань, 1993 г.), в институте синтетических полимерных материалов РАН (г. Москва, 1993 г.) с общим ожидаемым экономическим эффектом более 15 мин. руб.

В. приложении приводятся сведения о методе 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, используемыа при выборе рациональных технологических .режимов экструзионного формования изделий из полимерных материалов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

г.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 полнкзраого 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 катераадгов в цилиндрическом канала -формуюаза головка экструдера. В отличие от ранее известных, предложенная математическая модель вместо изотропного коэффициента теплопроводности в качзствз параметра содержит второй диагональный компонент тензора теплопроводности.

3.Разработаны Физичзская и математическая модели метода в измерительного устройства для определения вторых диагональных копонентов х.ГГ1 о,г тензоре® теплопроводности и температуропроводности, а также реотеплофазического параметра ц/хгг.

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

определять значения и <ц.г 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 режимов зкструзионной переработки полимерных материалов, с учетом зависимости теплофнзическнх характеристик этих материалов от скорости сдвига. Для осуществления предложенной методики создан пакет программ, позволявший находить максимально возможный расход полимерного материала через цилиндрический канал Оормускей головки экструдера при заданной предельной температуре полимерного материала и известных краевых условиях.

6гНа основе результатов экспериментальных исследований жидкостей с хорошо известны а теплофизическимк свойствами, таких, как дистиллированная вода, глнцерин, 96 X этиловый спирт, предложен алгоритм введения поправки в результаты определений вторых диагональных компонентов *„, а,, тензоров теплопроводности н температуропроводности.

7.Проведены исследования зависимости вторых диагональных компонентов х„, а,,. тензоров теплопроводности н температуропроводности эпоксидной смолы, сидззсоновнх зидостей, лаков, каучуков, растворов полиоксиэтилена от скорости сдвига. Для каучука "Структурол", эпоксидной смолы и водного раствора полиоксиэтилена (7.5 X) обнаружена зависимость вторых диагональных компонентов хгг и а,, тензоров теплопроводности и температуропроводности от скорости сдвига у.

8.С учетом результатов определения функции ~*ггГт) для каучука "Структурол* найдена зависимость оптимальных значений расхода резиновой смасн' на основе названного каучука через цилиндрический канал Формуказй головка экструдера от предельно допустимой температуры полимерного материала.

9. Предложенная методика определения рациональных режимов экструзионного формования изделий из полимерных материалов принята к использование в АО НИИРТМаш (г. Тамбов, 1993 г.), в ГосНИИХП (г. Казань, 1993 г.), в институте синтетических полимерных материалов РАН (г. Москва, 1993 г.) с общим ожидаемым экономическим эффектов более 15 млн. руб.

Основные катер«алы, отражающие содержание работы, изложены в следующих публикациях:

1. Пономарев C.B., Ливии А.Г. Обзор методов и устройств для измерения теплофизических свойств жидкостей при ламинарном режиме течения.- Лап. ВИНИТИ 26.07.90 г., и 4265- В90.- 43 с.

2. А.С. 1820309 СССР, МКИ GÛ1 п 25/18. Способ измерения теплофизических свойств жидкости/ Пономарев C.B., Мищенко C.B., Ливии А.Г., Чуриков А. А. // Б.И. » 21.- 1993.- 7 с.

3. Пономарев C.B., Мищенко C.B., Ливии А.Г. Метод идентификации теплофизических свойств жидкости // Термодинамика и теплофизические свойства веществ. Сб. научн. тр. *206.- M. î МЭИ, 1989.- с.59-63.

4. Пономарев C.B., Ливии А.Г. К вопросу о вычислении теплофизических свойств жидкости // Теплофизика релаксируюших систем.- Тамбов, 1990.- C.6S-66.

5. Пономарев C.B., Мншэако C.B., Ливии А.Г. Метод, устройство и автоматизированная система научных исследований теплофизических свойств жидкостей при сдвиговом течении // Приборы и систеш управления.- 1992.- »10,- С.18-19.

6. Пономарев C.B., Мищенко C.B., Ливии А.Г., Методика и автоматизированная аппаратура для исследования теплофизических свойств ламинарво текущих полимере» // Измерительная техника.-1992.- н-11. - С.37-39.

7. Ponomarev S.V. KischenkoS.V., Divin A.G. Dependence of Polymer Matériel Heat Conductivity Coefficient on Shear Rate Expérimental Research //13 Européen Conférence on Theraophyelcal Propertiee. Auquat 30 - Septeaber 3, 1993.-Lieboa, Portugal.- 1993.- PS 5-0l.- P.483.

8. Ponoaarev C.V., Hischenko S.V., Divin A.G. Laminar Rate Méthode and Devicea of Liquide Thermopbyeical Propertiee Heaaurement // 13 European Conférence on Thermophysical Propertiee. Auguat 30 - Septenber 3, 1993..- Lieboa, Portugal.-19937- PS 6-22.- P.555-556.

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

10. Разработка автоматизированных систем научных исследований теплофизических свойств жидких, пастообразных, сыпучих и твердых материалов / Мишекко C.B., Пономарев С,В., Ливии А.Г., Григорьева C.B. // i научная конференция ТГГУ.- Тамбов: изд. ТГТУ, 1994.- С.5-7.

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

12. Метод и устройство для измерения теплофизических свойств жидкостей / Пономарев C.B., Мищенко C.B., Ливин А.Г., Чуриков 'А.А. // Измерительная техника.-1994. 4. - С. 37-41.

13. Ponoaarev S.У., Miehchenko S.V., Divin А.б. Nettood and Autonated Equipaent for Investigation of the Thermophysical Propertiee of Liquid Laminar Polymer riova// Measurement Technigues - 1?93. -Vol. 35. -H П.- P.1300-1304.

14. Ponomarev 8.V., Kiehchenko S.V., Divin A.G. An automated «ystem for the investigation of the thermophysical propertiee of liquide in shear flow // High Températures - High Pressure», 1994. -Vol. 26. - КЗ. - P. 287-298.