Введение к работе
- 1 -
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 превращаются в тензоры».
Эти хе структурные изменения происходят при экструзионном формовании изделий из полимерных материалов. В процессе сдвигового течения пра экструзии наблюдается ориентация макромолекул в направлены скорости сдвиговой деформации. При этом происходит выделение тепловой энергии за счет диссипативного разогрева экструдируемэго материала. Учит 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 теплоперетосг при течении полимерных материалов по каналам, используют тешюфизические характеристики (ТФХ), полученные для изотропных образцов. Следовательно, возникает необходимость создания новой, более точной
1 В.Н.А.А. van den Brule. A Network Theory for the Thernal Conductivity of an Aiaorphoua Polyaeric Material // Rheologica Acta.- 1989.- Vol.28.r Ho.4- P.257-266.
B.H.A.A. van den Brule, P.J. Slilckerveer. Anisotropic Conduction of Heat caused by Molecular orientation in a Flowing Polymeric Liquid // Rheologica Acta.- 1990.- Vol.29.- Ho.3-p.175-181.
.-2-.
математической модзли, учитывающей анизотропию теплофизических характеристик полимерных материалов при сдвиговом течении. Однако до настоящего . времени не сушествовало средств, позволяюпшх определять компоненты тензоров теплофизических характеристик кидких 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 рехимов- 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 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 диагональвих 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 тензрррв теплопроводности и температуропроводности от скорости сдвига разработана методика выбора рациональных технологических режимов экструзионного формования изделий из полимерных материалов.
-«
.-3-
Практичвская 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 п устройства, создан алгоритм введения поправок в результаты измерения ТФХ, позволивший уменьшить значения систематических погрешностей измерения.
Разработан алгоритм выбора рационального расхода полимерного материала через шшвдрзческие каналы формующей 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.), ВНКГССІ (г.Тула, 1991г.), ГосНИИХЛ (г. Казань, 1993т.)
Апробация работы. Основные результаты работы докладывалась . на Всесоюзной конференции "Моделирование -систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем научных исследований я гибких автоматизированных. производств" (Тамбов, 1939г.): ' Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых (10 Всесоюзная теплоігзическая ввода) "Теплофизика релаксируших систем" (Тамбов, 1990г.) г Всесоюзной конференции "Мера-9Г (Москва, 1991г.): Всесовзной научной конференции "Современные методы в теории краевых задач" (Боронев, 1992г.): Мегшународной теплофизической школе "Теплофизичаские 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, содержаний 100 найменований. Обший объем работы составляет 143 машинописные страницы.