Производство плоских пленок и листов. Геометрические характеристики, технико-экономические показатели экструзионных агрегатов. Математические модели для расчета экструзионных головок. Алгоритм решения задачи выбора экструдера с заданными характеристиками.
Аннотация к работе
Являясь одним из самых распространенных методов переработки полимерных материалов, экструзия также требует и достаточно дорогого оборудования. Его стоимость определяется различными факторами, среди которых важное место занимают конструктивные особенности шнека и, как следствие, производительность, энергопотребление, виды полимерных материалов, которые могут быть переработаны данным конкретным экструдером с учетом качества полученного материала.Под экструзией понимают способ переработки полимерных материалов непрерывным продавливанием их расплава через формующую головку, геометрическая форма выходного канала которой определяет профиль получаемого изделия или полуфабриката. Полимерный материал из бункера 3 поступает в цилиндр 2, захватывается вращающимся шнеком 1 и транспортируется к формующей головке 7. При этом полимер в питающей зоне l1 размягчается и уплотняется в пробку, в зоне сжатия l2 он расплавляется, а в зоне дозирования l3 гомогенизируется и подготавливается к подаче в формующую головку. Следует отметить, что чем больше разность сил трения между цилиндром и материалом и шнеком и материалом, тем больше производительность зоны питания, что способствует транспортировке материала в последующих зонах. Соприкасаясь с цилиндром, температура которого в этой зоне значительно выше температуры плавления материала, пробка начинает плавиться, в результате чего между ней и цилиндром возникает тонкая пленка.Для производства труб (гладких, гофрированных, перфорированных) применяют кольцевую прямоточную головку. Толщину стенки экструзионной трубчатой заготовки регулируют вращением нескольких регулировочных винтов 3. Давление расплава в головке находится в пределах 15-20 МПА (реже 30 МПА), К дорну 10 крепится трос 5 или цепь, которая удерживает уплотнительные пробки, скользящие по внутренней поверхности трубы. Расплав после пакета сеток через переходник поступает в коллектор, где растекается по всей ширине головки и, вследствие добавочного перепада давления, экструдируется через щель в виде полотна. Однако расплав поступает в щель с неодинаковым перепадом давления по ширине в связи с разным путем протекания по коллектору и поэтому - разными потерями давления.В таблице 1.3 представлены параметры режима производства рукавных пленок. При выборе режима плавления необходимо учитывать, что темепература цилиндра должна плавно возрастать от участка загрузки до формующей головки. Таблица 1.3 - Параметры режима производства рукавной пленки и листов Тип полимера Температура по зонам, °С Давление расплава на головку, МПАТакая пленка проходит через охлаждающие, направляющие, разглаживающие, тянущие валки и поступает либо на намотку, либо на устройство для продольной, поперечной или плоскостной ориентации. Кроме метода приема готовой пленки охлаждением на валках широко применяют метод охлаждения в водяной ванне. Первый позволяет регулировать скорость охлаждения пленки в довольно широких пределах и получать пленку с различным содержанием аморфной и кристаллической фаз. При необходимости получения пленки с минимальной ориентацией охлажденная пленка перематывается приемным устройством с минимальным натяжением и после обрезки кромок сматывается в рулоны. В ванне пленка огибает свободно вращающийся вал и с помощью оттягивающих валков поступает на отжимные валки, удаляющие захваченную влагу.Рукавная технология получения полимерных пленок получила распространение благодаря возможности перерабатывать широкий ассортимент термопластов, высокой производительности технологических линий а также возможности получения многослойной пленки. Схема с приемкой рукава вниз характеризуется быстрым охлаждением рукава, что позволяет получать пленку большей прозрачности и уменьшить высоту установки, но есть шанс самопроизвольного отрыва рукава и его вытягивания. Схема приемки рукава в горизонтальном направлении имеет серьезный недостаток - вытягиваемый рукав провисает, поэтому охлаждение и напряжения по его периметру становятся неравномерными, и, как следствие, появляются разнотолщинность и разнопрочность . В этом случае рукав висит на тянущихся валках, что обеспечивает равномерное распределение нагрузки от силы его веса по периметру и, как следствие, равнотолщинность, а также минимальную нагрузку на участке раздувания [3]. Одношнековый экструдер Установившийся во времени и по длине канала изотермический процесс, расплав прилипает к стенкам канала и шнека, отсутствуют утечки расплава через радиальный зазор Неньютоновская, несжимаемая, неупругая жидкостьВ настоящее время при проектировании головок ввиду большой сложности процессов, протекающих в ней, накопленный опыт является неотъемлемой составляющей, что позволяет использовать строго аналитический подход лишь в некоторых случаях простого течения ньютоновских жидкостей. Основной проблемой при построении внешней характеристики Q(P) головки для определения ее производительности является поиск коэффициента ее сопротивления, так как структура проточных каналов является довольно сложной, поэтому его рассчитыв
План
СОДЕРЖАНИЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1 Характеристика одношнековых экструдеров в производствах полимерных материалов
1.1.1 Геометрические характеристики и технико-экономические показатели экструзионных агрегатов для изготовления пленок и листов
1.1.2 Экструзионные головки
1.1.3 Режимы экструзии пленок и листов
1.2 Характеристика производства плоских пленок и листов
1.2.1 Производство плоских пленок и листов
1.2.2 Производство рукавных пленок
1.3 Анализ математических моделей для исследования процессов одношнековой экструзии полимеро
1.4 Математические модели для расчета экструзионных головок
1.5 Расчет характеристик процесса одношнековой экструзии на базе метода моделирующих потоков
1.6 Программное обеспечение для моделирования и исследования одношнековых экструдеров
1.7 Обзор СУБД
1.8 Выводы по аналитическому обзору
2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ-ПРОЕКТА
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
3.1 Формализованное описание процесса одношнековой экструзии как объекта исследования
3.2 Постановка задачи выбора и исследования экструдеров
3.3 Функциональная структура программного комплекса
3.4 Подсистема выбора экструдеров
3.4.1 База данных характеристик экструдеров и полимерных материалов
3.4.2 Алгоритм решения задачи выбора экструдера с заданными характеристиками
3.4.3 Интерфейс для выбора экструдеров
3.5 Подсистема моделирования и исследования процесса экструдзии