Введение к работе
з
Актуальность темы. В последнее десятилетие соэкструзия вышла на передний план в переработке термопластических материалов, поскольку она позволяет изготавливать многослойные полимерные изделия.
Ключевой частью оборудования в процессе соэкструзии являются конструкции формующих головок, которые предусматривают присоединение двух или более питающих экструдеров для получения многослойных изделий: планок, труб, плит, листов, пластин, лент, профилей, нитей, волокон. Смысл применения таких материалов заключается в том, что микропоры и другие дефекты, которые наблюдаются в изделиях, перекрываются бездефектными участками второго и третьего слоев, и в целом материал заготовки оказывается однородным. Многослойная пленка из однородных слоев обеспечивает более низкую газо-, водо-, и паропрошщаемость, чем однослойная из того же материала. Многослойные пленки, получаемые методом соэкструзии отдельных слоев, значительно дешевле пленки, получаемой кашированием или склеиванием отдельных слоев. Многослойные пленки, получаемые из одного материала, имеют большую прочность по сравнению с простой пленкой при одинаковой толщине. Прочность составной пленки зависит от распределения общей толщины между наружным и внутренним слоем. В технологических процессах часто используются установившиеся многослойные течения в плоскощелевых, осесимметрич-ных, кольцевых, цилиндрических и призматических каналах формующих головок. Поэтому разработка эффективных методов расчета гидродинамических характеристик потоков, которые бы наиболее точно отражали закономерности течения в указанных каналах и были просты в математическом отношении и удобны для шгженерных расчетов, и позволят! на их основе создавать новые конструкции экструзионных головок для соэкструзии, является актуальной.
Сказанное выше полностью относится к производствам по переработке полимеров на АО «Каустик» и ПО «Авангард» г.Стерлитамака, где указанные экструзионные головки для изготовления слоистых изделий из полимерных материалов прошли испытания и внедрены в производство.
Разработка проводилась в соответствии с Государственной научно-технической программой «Перспективные технологии в машиностроении, приборостроении, аппаратостроепии и других отраслях промышленности Башкортостана» в 1993-1995 г.г. по выполнению раздела «Совершенствование конструкций аппаратов с целью повышения эффективности и улучшения экологических условий на нефтехимических предприятиях республики Башкортостан» ( Постановление кабинета министров РБ№ 298 от 12.07.93.)
Цель работы. На основе аналитических и экспериментальных
исследований закономерностей процессов соэкструзии расплавов
полимеров в коаксиальных втулках экструзионных головок разработать конструкции высокопроизводительных формующих инструментов для производства многослойных изделий. Создание математической модели, связывающей реологические свойства расплавов и гидродинамические характеристики потоков с основными параметрами экструзионных головок, с помощью которой возможно определение массового расхода и гидравлического сопротивления при многослойном течении расплавов полимеров, а также оптимизация процесса соэкструзии.
Основные задачи работы.
Разработка конструкции экструзионной головки для изготовления плоских полимерных изделий.
Разработка конструкции экструзионной головки для изготовления многослойных труб из полимерных материалов.
Проведение экспериментальных исследований гидродинамических характеристик потоков расплавов полимеров в экструзионнои головке при производстве многослойных труб.
Получение теоретической зависимости для расчета пропускной способности и гидравлического сопротивления при многослойном напорном течении расплавов полимеров в коаксиальной формующей втулке.
Проведение обобщений экспериментальных результатов по разбуханию экструдатов при соэкструзии расплавов полимеров в формующих каналах экструзионных головок.
Проверка в промышленных условиях теоретичесюгх расчетов, про-ектно-конструкторских решений с целью оптимизации режимов переработки и внедрения в производство.
Научная новизна. Получены новые уравнения, позволяющие определить пропускную способность и гидравлическое сопротивление при соэкструзии расплавов полимеров в коаксиальных формутощігх втулках в зависимости от реологических свойств полимеров и геометрических размеров каналов.
Разработан метод расчета коэффициента разбухания экструдатов при соэкструзии расплавов полимеров.
Разработаны новые конструкции экструзионных головок для изготовления слоистых изделий из полимерных материалов /А.с. № 1452695(СССР), А.с.№1570929(СССР)/.
Методы решения поставленных задач. На основе решения задачи стра-тифицироваїшого течения полимеров получено полное аналитическое решение задачи для расчета технологических параметров процесса многослойной соэкструзии.
6 Выполненный комплекс исследований позволил создать эффективные
методы расчета гидродинамических характеристик расплавов полимеров при многослойном течении в узлах формующих головок и предложить технологические методы интенсификации процессов переработки полимеров и улучшения качества выпускаемых изделий.
Практическая ценность. Полученные результаты позволили создать новые конструкции экструзиошгых головок для изготовления слоистых изделий из полимерных материалов /А.с. № 1452695 (СССР); Л.с. № 1570929 (СССР)/.
В течении периода 1993-1996 гг. на Стсрлитамакском ПО "Авангард" внедрены две экструзионные головки: на технологической линии для изготовления многослойных полимеров /по А.с. № 1452695/ и на технологической линии для изготовления трехслойных комбинированных труб с /по А.с. №1570929/.
Передана техническая документация в АО "Каустик" г.Стерлитамака для внедрения экструзионной головки для изготовления слоистых труб из полимерных материалов /по А. с. № 1570929 /.
Автор защищает. 1. Новые конструкции плоскощелевой экструзионной головки и экструзионной головки для изготовления слоистых труб из полимерных материалов.
-
Расчетные зависимости для определения гидродинамических характеристик потоков расплавов полимеров при соэкструзии в коаксиальных формующих втулках.
-
Результаты экспериментальных исследований закономерностей процесса соэкструзии и разбухания экструдатов при многослойном истечении расплавов полимеров.
4. Результаты экспериментальных исследований реологических свойств расплавов полимеров, применяемых при постановке экспериментов по соэкструзии и расчетах.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на : Межвузовской научно-практической конференции "Экономический рост: проблемы развития науки, техники и совершенствования производства" (г.Стерлитамак, 1996 г.); Всероссийской научной конференции "Теория и практика массообменных процессов химической технологии" (Марушинские чтения) (г.Уфа, 21-25 октября 1996 г.); Межвузовской научно-практической конференции "Совершенствование образования и использование научного потенциала вузов для науки и производства" (г.Салават, 1996 г.).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в шести печатных работах и получены два авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех основных разделов, выводов, списка литературы из 101 наименования и приложения. Общий объем диссертации составляет 121 страницу машинописного текста, содержит 39 рисунков и 2 таблицы.
