Математическое моделирование процесса экструдирования древесно-наполненных пластмасс

     МАТЕМАТИЧЕСКОЕ  МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭКСТРУДИРОВАНИЯ  ДРЕВЕСНО-НАПОЛНЕННЫХ  ПЛАСТМАСС

     С.В.Антимонов, Р.Ф. Сагитов, К.О. Рекун

     Оренбургский  Государственный  Университет, г. Оренбург, rekun_kirill@mail.ru 

     Одним из широко распространенных химико-технологических процессов является процесс течения реологически сложных систем между вращающимся шнеком и неподвижной цилиндрической стенкой.

     Рассматриваемый вид течения реализуется в  следующих типах аппаратов: экструдерах, дозаторах, смесителях и пр.

     Модели  таких течений были построены  для однородных высоковязких полимерных материалов, поэтому собственных  вес и модель поведения наполнителей игнорировался.

     Продуктивным  методом исследования рассматриваемого течения является математическое моделирование, позволяющее получить достоверные результаты при относительно небольших временных, трудовых и материальных затратах.

     При построении математических моделей  течения пластических масс широко используется реологическое степенное уравнение Освальда-де Виля, наиболее достоверно описывающее движение прессуемого материала в канале шнека [1]:

                                                      ,                                             (1) 

     где  - скорость сдвига прессуемого материала;

            - напряжение сдвига в прессуемом материале;

            n – индекс течения;

           - коэффициент консистенции материала, 

     В разрабатываемой нами модели использовать формулу (1) возможно только с внесением в нее ряда дополнений. Это связано с тем, что в наших исследованиях мы имеем дело с высоконаполненным полимером (полиэтилен с органическим наполнителем типа древесной стружки и лузги) и, следовательно, при построении математической модели, необходимо учесть собственный вес и модель поведения наполнителей.

     Таким образом, целью нашего исследования является построение математической модели процесса течения вязкопластической жидкости в зазоре между вращающимся шнеком и неподвижной цилиндрической стенкой с учетом органического наполнителя (древесной стружки и лузги); анализа влияния реологических свойств, силы тяжести и других факторов на характер течения жидкости в шнековом зазоре.

     Для первоначального определения реологических свойств исследуемого сырья проводились экспериментальные исследования на лабораторном пресс-экструдере ПЭШ-30/4. В процессе эксперимента изменяли длину фильеры (60,90,120 мм) и угловую скорость (10…60 об/мин). Для получения однородного гомогенизированного продукта изменяли процентное содержание компонентов исходного сырья (50…75 % наполнителя).

     В настоящее время проводится обработка  полученных экспериментальных данных необходимых для построения математической модели процесса течения высоконаполненных полимерных материалов в зазоре между вращающимся шнеком и неподвижной цилиндрической стенкой. 

     Полученная  математическая модель позволит избежать дорогостоящих натурных экспериментов, сократить сроки отработки технологических  процессов и подготовки нового производства. 

     Литература 

     1. Полищук, В.Ю. Теоретические основы описания процесса движения высоконаполненных пластмасс в канале шнека / В.Ю. Полищук, Р.Ф. Сагитов, Е.А. Федоров, К.О. Рекун // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2010. - № 4. – С. 137-141.