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.