Введение к работе
ІАктуальность.рабдтьи Решение современных технических зл-дач, стоящих перед наукой и промышленностью по снижению материалоемкости изделий и их удешевлению, тесным образом связано с производством и переработкой композиционных материалов. Одним из эффективных способов переработки полимерных композиций в изделия является экструзия. По оценке специалистов до 40 мирового производства пластмасс перерабатывается этим методом. При этом приоритетное развитие получила экструзия в шнековых машинах из-за непрерывности процесса и изотропности свойств получаемых изделий.
Проблема экструзии в шнековых машинах в основном решена для термопластов. Для наполненных реактопластов она практически не изучена. Зто сдерживает внедрение новых эффективных технологий и высокопроизводительного оборудования для переработки материалов с отверждаквдмися полимерными матрицами. Поэтому развитие теории и моделирование неизотермических процессов экструзии отверждающихся сред с меняющимися теплофизи-ческими и реологическими свойствами является актуальным направлением , имеющим важное практическое значение. Математические модели позволяют, минуя дорогостоящие и длительные натурные испытания , получать информацию о динамике изменения свойств перерабатываемого материала и макрокинетических закономерностях процесса, что существенно облегчает конструирование и оптимизацию режимов работы технологического оборудования.
Цель.работьіі Создать научные основы для теоретического анализа и расчета режимов экструзионной переработки наполненных реактопластов в изделия с заданными свойствами. На примере реактопластов с древесным наполнителем провести экспериментальную проверку разработанных математических моделей и исследовать макрокинетические закономерности экструзии подобных материалов в шнековых машинах.
Меїодьі_ис«лелованияд Теоретические исследования выполнены на базе комплексного использования современных достижений математической физики в области тспломэссопереноса, средств вычислительной техники и методов моделирования сложных систем.
Экспериментальные исследования выполнены с использованием неразрушащих акустических методов измерения физических величин.
Цау5над_ндвизна заключается в следующем.
-
Разработаны новые математические модели экструзии и тепловой обработки наполненных растворов реактомастов. Сформулированы условия связи между макрокинетическими параметрами процессов переработки и физико - механическими свойствами композита. Модели универсальны , и могут использоваться для проектирования новых композиционных материалов, получаемых по экструзионной технологии переработки реактопластов в шнекових машинах.
-
Предложена методика для экспериментального определения замыкающих уравнений математических моделей. Получены новые экспериментальные данные по компрессионным, реокинетичес-ким, геплофизическим, термодинамическим, механическим и гиг-ротермическим свойствам полимерных связующих, а также древесных и других дисперсных наполнителей. Они позволяют провести численное моделирование на ЭШ экструзии дасперснонаполненных реактопластов.
-
Установлены макрокинетические закономерности экструзии в шнекових машинах реактопластов с древесными и другими дисперсными наполнителями. Высокая эффективная вязкость подобных композиций и химический источник теплоты ограничивают условия экструзии по скорости вращения шнека и теплообмену с окрухаюи^Я средой. Показано, что проектирование новых композиционных материалов из наполненных реактопластов невозможно без учета условий их переработки.
-
Разработан метод измерения глубины конверсии растворов термореактивных полимеров по количеству связанного растворителя. Экспериментально показано, что количество сорбированной карбамидной и фенольиой смолой влаги, пропорционально концентрации метилольных групп.
-
Разработан новый способ экструзии высоконаполненных реактопластов,основанный на эффектах , возникающих при высокочастотной вибрации стенок формующего канала.
Вракт.ическая_ценность. На. основе математических моделей .разработаны алгоритмы и ЭВМ - программы для проектирования
свойств и технологических режимов экструзии наполненных реак-топластов , которые могут использоваться при создании новых композиционных материалов и конструировании стековых машин.
Лостоверность полученных результатов подтверадена разработкой ТеХНОЛОГИЛ ЭКСТруЗИОННОЙ Переработки НОВЬК КОМ703ИЦИ-
онных материалов с древесными наполнителями и их реализацией в условиях производства.
Апробауия.работьк Основные результаты диссертации изложены в статьях, неоднократно докладывались, обсуждались и демонстрировались:
на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МГУЛ 1980-1995 гг.;
на менвузовском семинаре "Гидродинамика и теплообмен в технологических процессах" 1983-1993 гг.;
на'16- й Всесоюзной научно - технической конференции "Основные направления ускорения научно-технического прогресса в деревообрабатывающей промышленности в 12- ой пятилетке " в 1986 Г.;
в Ш10 "Энергия" Российского космического агенства в 1990 г.:
в НПО "Научстандартдом" в 1993 г.;
- на международной выставке "Наука-93" в 1993 г.
Публикации.. Основные -положения диссертационной работы
опубликованы в открытой печати.
Струкпгра_и_объем_работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка использованной литературы из 254 наименований. Объем диссертации 422 страницы, вкно-чая 101' рисунок и 20 таблиці.