Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее время в нашей стране, да и во всем мире остро стоит проблема утилизации промышленных и бытовых отходов полимеров. По имеющимся сведениям, мировое потребление только поливинилхлорида в 2002 г. составило 25,6 млн.т. Актуальность использования полимерных отходов в строительных материалах и изделиях связана, в первую очередь с проблемами сохранения окружающей среды, а также с проблемой ресурсосбережения. В настоящее время широкое распространение получило использование отходов полимеров в промышленности строительных материалов. Особенно перспективным направлением утилизации является получение высоконаполненных пластмасс, которые могут использоваться как строительные композиционные материалы.
Наиболее распространенными агрегатами для получения высоконаполненных пластмасс являются шнековые прессы (экструдеры). Наряду с достаточно высоким качеством получаемых композитов, эти машины сравнительно дешевы и просты в исполнении, в отличие от аппаратов для поли-меризационного наполнения полимеров. Они обладают низкой металлоемкостью; низкой энергоемкостью; позволяют получать широкий ассортимент экструдируемых профилей. Ещё шнековый пресс обладает большей производительностью по сравнению с другими видами экструзии (дисковой, плунжерной). Эти прессы перерабатывают практически все виды термопластов. Несмотря на давнее применение шнековых прессов для производства высоконаполненных пластмасс, технологический процесс формования изучен в них недостаточно, не существует универсальной методики расчета шнековых прессов для производства высоконаполненных пластмасс. В настоящее время очень мало разрабатывается машин для переработки не чистых полимеров, а именно высоконаполненных пластмасс. Также применяемые в настоящее время прессы и зкструзионные if&faHtfcfttHO^^fttNd&JoBe
Т БИБЛИОТЕКА г
СПетереург^
имеют следующие недостатки: заклинивание пресса; резкое повышение потребляемой двигателем мощности в момент выдавливания смеси; залипание массы на шнеке; проворачивание смеси вместе со шнеком; образование застойных зон в профилирующей головке. Указанные недостатки потребовали дальнейшего изучения процесса экструзии высоконаполненных пластмасс.
Цель работы. Совершенствование конструкции экструзионного пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс, определение его рациональных конструктивных, энергетических и технологических параметров на основе разработанных математических моделей.
Для достижения поставленной цели в работе были сформулированы и решены следующие задачи:
-
Разработать математические модели для расчёта конструктивно-технологических параметров экструзионного пресса для изготовления изделий из высоконаполненных пластмасс.
-
Установить теоретически и экспериментально зависимости производительности, мощности пресса и прочности получаемых изделий от диаметра выходного отверстия профилирующей головки, шага шнека, частоты вращения шнекового вала и температуры нагрева корпуса, провести проверку в лабораторных условиях разработанных математических моделей и методики расчёта.
-
Исследовать различные режимы работы экструзионного пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс с целью улучшения процесса экструзии.
-
Разработать инженерную методику расчета основных конструктивно-технологических параметров экструзионного пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс.
-
Усовершенствовать конструкцию экструзионного пресса для производства изделий из высоконаполненных пластмасс.
4 Научная новизна представлена математическими моделями, Позволяющими определить мощность, производительность пресса, давление в профилирующей головке, с учетом конструктивно-технологических.параметров пресса и физико-механических свойств перерабатываемого материала; уравнениями, описывающими тепловой баланс процесса экструзии высо-конаполненных пластмасс, с учетом температуры нагрева компонентов смеси и корпуса, эффективной вязкости смеси; результатами экспериментальных исследований в виде уравнений регрессии, позволяющих определить оптимальные соотношения для конструктивных и технологических параметров.
Автор защищает: 'о"
1 .Математические модели для расчёта конструктивно-технологических параметров экструзионного пресса для производства изделий из высоконапол-ненных пластмасс.
2.Уравнения, описывающие тепловой баланс процесса экструзии высокона-полненных пластмасс, с учетом температуры нагрева компонентов смеси и корпуса, эффективной вязкости смеси.
3. Результаты экспериментальных исследований: в виде уравнений регрессии по определению производительности и мощности пресса, а также прочности изделий от диаметра выходного отверстия d, м;.шага шнека h, м; частоты вращения шнекового вала п, с-'; температуры нагрева корпуса, С.
I. 4,Инженерную методику расчета основных конструктивно-технологических параметров экструзионного пресса и процесса экструзии.
1 5. Конструкцию экструзионной установки для производства высоконапол-
ненных пластмасс.
Практическая ценность работы заключается в: разработке инженерной методики расчета основных технологических, конструктивных и энергетических параметров экструзионного пресса; рекомендациях по выбо-
5 ру рациональных технологических режимов работы пресса и разработке программного обеспечения для определения рациональных режимов работы по каждому фактору варьирования; разработке новой конструкции экструзи-онного пресса, внедрение; которого обеспечивает снижение содержания полимера в композиции до 5%.
Внедрение результатов работы. По результатам диссертационной '
работы, была разработана конструкторская документация на промышленный образец экструзионного пресса для производства высоконаполненных пластмасс производительностью до 120 кг/ч. Данная установка апробирована на линии по производству полимер-песчаной черепицы в ООО «Политехст-рой». Экструзия производилась с целью получения гомогенизированной полимерной композиции с максимально возможным значением прочности на сжатие полимер песчаных'изделий. Получены положительные результаты.
Апробация работы. Диссертационная работа проводилась в БГТУ
им. В.Г.Шухова на кафедре механического оборудования. Эксперименталь
ные исследования проводились в лаборатории кафедры механического обо
рудования на экспериментальной установке экструзионного пресса для про
изводства высоконаполненных пластмасс. Основные результаты исследова
ний докладывались на научно-технических конференциях, проводимых в
БелГТАСМ: "Вторые шуховские чтения" в 2000 г.; "Седьмые академические
чтения РААСН" в 2001 г.; на Научных семинарах ФМО; на техническом со
вете ООО «Политехстрой». /
Публикации. По результатам работы опубликовано 9 печатных работ,
принята заявка на патент РФ на изобретение.
і Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержащего основные результаты и выводы. Работа включает 180 страниц, в том числе 145 страниц машинописного
текста, 15 таблиц, 51 рисунок, список литературы из 132 наименований и 6
приложений. ' *
