Дослідження реології розплаву полімеру з пороутворюючими наповнювачами
Данная работа посвящена определению реологических зависимостей смеси расплава полимера со вспенивающим агентом для режимов переработки. Дана робота присвячена визначенню реологічних залежностей суміші розплаву полімеру зі спінюючим агентом для режимів переробки. This paper suggests the experimental...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2004 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2004
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61581 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Дослідження реології розплаву полімеру з пороутворюючими наповнювачами / В.В. Лукашова, Л.Б. Радченко, О.Г. Зубрій // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 45-49. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860244843593203712 |
|---|---|
| author | Лукашова, В.В. Радченко, Л.Б. Зубрій, О.Г. |
| author_facet | Лукашова, В.В. Радченко, Л.Б. Зубрій, О.Г. |
| citation_txt | Дослідження реології розплаву полімеру з пороутворюючими наповнювачами / В.В. Лукашова, Л.Б. Радченко, О.Г. Зубрій // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 45-49. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Данная работа посвящена определению реологических зависимостей смеси расплава полимера со вспенивающим агентом для режимов переработки.
Дана робота присвячена визначенню реологічних залежностей суміші розплаву полімеру зі спінюючим агентом для режимів переробки.
This paper suggests the experimental study to determining the rheological behavior of polymer blends for conditions of extrusion. A single-screw extruder was used in this study for definition of rheological dependences for process of physical foaming.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:35:03Z |
| format | Article |
| fulltext |
Тепло- и массообменные процессы
Наявність центрів ініціації приводить до зни-
ження потенційного бар'єра WT на величину W:
=
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
⋅
−
−∫− dW
Tk
WWBWfW
W
T
0
1 exp)(
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
⋅
−
=
Tk
WК T5,88exp . (5)
Після диференціювання за формулою Лейбни-
ця отримаємо:
1
0
( ) ( ) exp ( )
( ) exp 88,5 1 .
W
T
T
T T
W Wk T f W B dW f W
k T
W КWB V
k T k T
− −⎧ ⎫⋅ − +⎨ ⎬⋅⎩ ⎭
⎧ ⎫ ⎡ ⎤= ⋅ − ⋅ −⎨ ⎬ ⎢ ⎥⋅ ⋅⎩ ⎭ ⎣ ⎦
∫ =
(6)
Обговорення результатів
Після перетворень рівняння для обчислення
функції розподілу ініціюючих центрів набуде на-
ступного вигляду [4]:
[ ] )5,88exp()1(1)()( 1 GGKVBWf −−+⋅= − . (7)
Коефіцієнт К визначався при зіставленні розра-
хункових і експериментальних значень П( )J f T=
і їхній обробці методом найменших квадратів. Та-
ким чином отримали середнє значення К = 0,86.
Висновки
Зниження значення функції розподілу f (W) іні-
ціюючих центрів паротворення при підвищенні
температури ЕТС свідчить про термічне руйну-
вання структури емульсії, тобто про злиття мас-
ляних глобул.
Таким чином, наявність локальних зон (у гра-
ничних прошарках) зі зниженим поверхневим на-
тягом і дисперсними частками з більш високою
температурою кипіння впливає на процес скипан-
ня.
ЛІТЕРАТУРА
1. Долинский А.А., Басок Б.И., Накорчевский А.И.
Адиабатически вскипающие потоки.- Киев,
Наукова думка, 2001.- 208 с.
2. Скрипов В .П . Теплофизические свойства
жидкостей // В сб. Перегретые жидкости и фа-
зовые переходы.- Свердловск: УНЦ АНСССР.-
1979.
3. Павленко А.М. Стійкість емульсій при
технологічних впливах.- Дніпроп тровськ:
Наука і освіта, 2000.-
е
140 с.
4. Павленко А.М., Крюковская О.А. Вскипание пе-
регретых эмульгированных жидкостей // Пром.
теплотехніка.- 2003.- Т. 25.- Прилож. к журн.
№ 4.- С. 334-336.
Получено 11.10.2004 г.
УДК 678.057.968
ЛУКАШОВА В.В., РАДЧЕНКО Л.Б., ЗУБРІЙ О.Г.
Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”
ДОСЛІДЖЕННЯ РЕОЛОГІЇ РОЗПЛАВУ ПОЛІМЕРУ
З ПОРОУТВОРЮЮЧИМИ НАПОВНЮВАЧАМИ
На цей час усе більш широке
застосування знаходять вироби з
спінених термопластів. Чисель-
ний розрахунок процесу перероб-
ки ускладнений через відсутність
достовірних даних про теплофі-
зичні і реологічні властивості роз-
плаву полімеру наповненого по-
роутворюючим наповнювачем.
Дана робота присвячена визна-
ченню реологічних залежностей
суміші розплаву полімеру зі спі-
нюючим агентом для режимів пе-
реробки.
В настоящее время все более
широкое применение находят из-
делия из вспененных термопла-
стов. Численный расчет процесса
переработки осложнен из-за отсут-
ствия достоверных данных о теп-
лофизических и реологических
свойствах расплава полимера, на-
полненного порообразующим на-
полнителем. Данная работа по-
священа определению реологиче-
ских зависимостей смеси расплава
полимера со вспенивающим аген-
том для режимов переработки.
The article from frothed polymers are widely used
in many orbs of habitability. The numerical account of
extrusion for physical foaming is complicated, because
of lack of valid data’s on thermal and flow characteris-
tics of the melt of polymer filled by the blowing compo-
nents. The screw characteristics depend on the ex-
truder geometry, the operating conditions, and material
properties of non-Newtonian fluids. This paper sug-
gests the experimental study to determining the
rheological behavior of polymer blends for conditions of
extrusion. A single-screw extruder was used in this
study for definition of rheological dependences for
process of physical foaming.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 45
Тепло- и массообменные процессы
κ − коефіцієнт консистентності;
n − показник неньютонівської поведінки;
Т, То − обчислювальна та довідникова температу-
ри, відповідно, °С;
β − коефіцієнт температурної чутливості,
χ − приведений коефіцієнт;
γ − ефективний градієнт швидкості, с-1;
ϕ − об’ємна концентрація спінюючого агента;
µп, µс − динамічна в’язкість розплава полімера і
спінюючого агента при заданих, Па⋅с;
τ − напруга зсуву, Па.
.
Вступ
На сьогоднішній день більша частина спінен-
них полімерних виробів виготовляється методом
безперервної екструзії.
Розглянемо процес одностадійного спінювання,
при якому збільшення об’єму розплаву, що міс-
тить пороутворювач, відбувається безпосередньо
на виході з формуючого пристрою екструдера.
При виготовлені піноматеріалів методом фізично-
го спі-нювання в одну стадію безпосередньо в ци-
ліндр преса в розплав полімера, що знаходиться у
в’язко-текучому стані, вводиться спінюючий
агент Типовими фізичними спінювачами є рідини,
що скипають при низьких температурах (фторву-
глеводні, ізобутан, пентан тощо), які при доміну-
ючих у екструдері температурі і тиску цілком
розчиняються в розплаві полімеру. Для того, щоб
виконати усі вимоги прямого спінювання в одно-
черв’ячному екструдері спінюючий агент у рідко-
му стані вводиться у розплав полімеру. Після по-
дальшого змішування у каналі черв’яка за допо-
могою відповідної формуючої головки маса фор-
мується у виріб (лист, трубу, профіль заданого пе-
ретину).
Проблеми інженерних розрахунків
Застосування обладнання згаданого вище типу
обмежене через проблему проектування геометрії
черв’яка, для якого зоні плавлення протистоїть
зона потужного охолодження суміші “розплав по-
лімеру-рідкий спінюючий агент”. Цей факт дуже
ускладнює узгодження між необхідними парамет-
рами для ефективного проведення процесів. Вве-
дення спінюючого агента потребує збільшення
зони перемішування і відповідно довжини екстру-
дера. Це необхідно для гомогенізації розплаву і
вирівнювання температури після вприску рідкого
спінюючого агенту з метою отримання рівномір-
ної структури виробу. Тому черв’яки цих устано-
вок повинні мати спеціальну конструкцію, що
може виконати всі задачі, пов'язані з спінюванням
полімеру. Відносно велика довжина черв'яка
(40 D...50 D, де D – діаметр черв'яка) обумовлена
наступними технологічними операціями:
- подачею і розплавленням твердої сировини;
- створенням зони стиснення;
- змішуванням розплаву з спінюючим агентом;
- охолодженням суміші “розплав + спінюючий
агент” до умов придатних для подальшого спі-
нювання.
Особливу складність впровадження такого
процесу являє визначення необхідних параметрів
переробки (тиску, температури, концентрації спі-
нюючого агента) таких, щоб процес спінювання
не відбувався безпосередньо в каналі черв’яка ек-
струдера, а починався на виході із формуючого
пристрою. Теорія екструзії розроблена переважно
для випадку переробки синтетичних полімерів, які
в усьому об’ємі мають відносно рівномірну моле-
кулярну масу і характеризуються високим рівнем
дисипації механічної енергії, завдяки чому в бага-
тьох випадках регулюється температурний режим
переробки. При цьому збільшення числа обертів
черв’яка призводить до збільшення як продуктив-
ності, так і інтенсивності дисипації, а тому у від-
носно широких межах питомі енергетичні витрати
змінюються мало. Отже, при переробці полімерів
екструдери можуть працювати при різних числах
обертів і продуктивностях, зберігаючи практично
ту саму якість переробки. На відміну від тради-
ційних екструдерів за умов насичення розплаву
полімеру спінюючим агентом поряд з енергією
диссипації внаслідок в’язкістного тертя виникає
можливість фазового переходу спінюючого аген-
та. При цьому важливого значення набуває темпе-
ратурний режим, який у ряді випадків лімітує
продуктивність екструдера. Ще однією суттєвою
рисою такого екструдера є необхідність створення
зони зниження тиску в розплаві полімеру перед
подачею спінюючого агента.
46 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
Тепло- и массообменные процессы
Отже, для розрахунку такого типу екструдерів
необхідно враховувати витрати енергії на подо-
лання сил тертя в процесах транспортування
твердого матеріалу в зону нагрівання, на його пе-
рехід із твердого стану у в’язкотекучий, на гомо-
генізацію і транспортування суміші розплаву з рі-
диною, яка закипає при низьких температурах
(спінюючий агент). Технологічний режим переро-
бки має забезпечувати сукупність максимальної
продуктивності устаткування з оптимальною якіс-
тю готових виробів. Параметри процесу перероб-
ки спінених термопластів значною мірою виз-
начаються властивостями компонентів і кон-
центрацією спінюючого агента. Однак досто-
вірних даних про властивості таких композицій
недостатньо, найчастіше вони носять роз'єднаний
характер, а відомості про властивості суміші роз-
плавленого полімеру з спінюючим агентом при
режимах переробки взагалі відсутні.
Мета досліджень
Одним з найважливіших питань для розрахун-
ків екструзійного обладнання такого типу є ви-
значення реологічних та теплофізичних властиво-
стей суміші розплаву термопласту з спінюючим
агентом. Слід зауважити, що для чисельних роз-
рахунків необхідно мати достовірні дослідні данні
щодо типу матеріалу і спінюючого агенту, та їх
залежності від концентрацій. Метою досліджень
було встановлення дослідним шляхом реологіч-
них властивостей суміші розплаву полімеру із
спінюючим агентом за умов переробки, для мож-
ливості подальшого використання таких даних у
розрахунках обладнання виготовлення спінених
термопластів. Розмаїття сучасних виробів із спі-
нених полімерів щоденно збільшується, відпра-
цьовуються нові рецептури, композиції,
з’являються нові типи спінюючих агентів і домі-
шок, що покращують якість готового про
дукту. Це викликає необхідність побічної оцінки
властивостей розплаву композиції через дослі-
дження властивостей готового виробу.
Обладнання для проведення дослідів
Проведення реологічних досліджень у тради-
ційному капілярному віскозиметрі неможливе.
Використання ротаційного віскозиметра також
обмежено наявністю у розплаві низькокиплячого
спінюючого агента. Для проведення досліджень
реології вказаних композицій було запропоновано
пристрій на базі промислового одночерв’ячного
екструдера. Впровадження такого пристрою в
промислових умовах дозволяє значно знизити по-
хибку дослідів. Схематичне зображення установ-
ки представлено на рис. 1.
На виході екструдера кріпиться корпус матриці
2 з змінними насадками 3 (рис. 1). Вихідний діа-
метр насадки має діаметр 4 мм. Різна довжина ви-
хідного отвору у насадках дозволяє виключити
вплив вхідного ефекту. На корпусі матриці перед-
бачено гвинтову нарізку під мідний змійовик для
регулювання температури розплаву водяним охо-
лодженням. Пристрій такого типу дозволяє визна-
чати реологію композиції для певної рецептури,
концентрації спінюючого агента при певних ре-
жимах переробки.
Обробка результатів
Типові залежності напруги зсуву τ від ефекти-
вного градієнта швидкості γ у логарифмічних ко-
ординатах наведено на рис. 2.
Наведені залежності отримано для чистого
розплаву ПЕВТ марки 10802-020 та для суміші
Рис. 1. Схема пристрою для визначення реологіч-
них властивостей розплаву композиції полімеру
наповненого пороутвоюючими наповнювачами.
1 - черв’як екструдера; 2 - корпус матриці; 3 -
змінний насадковий елемент; 4 - датчик тиску
з вторинним приладом; для вимірювання тем-
ператури і тиску TDA463-14-3.5C-15/46.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 47
Тепло- и массообменные процессы
розплаву поліетилену і спінюючого агенту (Хла-
дон R11). Масова концентрація хладону ста-
новить 10%.
Для чисельних розрахунків залежність на-
пруги зсуву τ від ефективного градієнта швидко-
сті γ для неньютонівської рідини зручно предста-
вити наступним чином:
)( 0TTnek −−= χγτ , (1)
де 0χ β /( 273)T= + .
Залежність для суміші розплаву з фреоном 11
(10 %) має наступний вигляд:
0,3928 [-0,04189 ( 140)]τ=3478,8 γ Te ⋅ −⋅ ⋅ . (2)
Результати обробки даних зведено в таблицю.
Рис. 2. Залежність напруги зсуву τ від ефективного градієнта швидкості γ:
1 - для розплаву поліетилену високого тиску (ПЕВТ) марки 10802-020 при температурі Т = 90 °С;
2- для композиції ПЕВТ+Хладон R11 (10 %), Т = 90 °С; 3 - для розплаву ПЕВТ, Т=140 °С;
4 - для композиції ПЕВТ + Хладон R11 (10 %), Т = 140 °С.
Т а б л и ц я . Значення напруги зсуву τ, Па від температури для суміші розплаву поліетилену ви-
сокого тиску марки 10802-020 з хладоном R11 (10 об. %), при температурах переробки
Ефективний градієнт
швидкості γ, с-1 90 °С 100 °С 110 °С 120 °С 130 °С 140 °С
14 79685 52412 34474 22675 14914 9810
20 91670 60296 39659 26085 17157 11285
30 107499 70707 46507 30589 20120 13234
40 120361 79166 52071 34249 22527 14817
60 141143 92836 61062 40163 26417 17376
80 158030 103943 68368 44969 29578 19454
100 172508 113466 74632 49089 32288 21237
200 226498 148978 97989 64452 42393 27883
300 265607 174702 114909 75581 49713 32698
400 297386 195604 128658 84624 55661 36610
500 324631 213525 140445 92377 60760 39964
48 ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6
Тепло- и массообменные процессы
Оскільки концентрація спінюючого агента не
може перевищувати 40 % (обумовлено якістю ви-
робу), то для визначення впливу концентрації спі-
нюючого агента запропоновано рівняння Ейнш-
тейна:
µ 0,4µµ=µ 1+2,5
µ µ
с п
п
п с
⎡ ⎤⎛ ⎞+
ϕ⎢ ⎥⎜ ⎟+⎝ ⎠⎣ ⎦
.
Висновки
1. У результаті проведених дослідів встановле-
но реологічні залежності для деяких композицій
в’язкотекучого розплаву термопластів, які містять
рідини, які закипають при низьких температурах у
якості пороутворювачів. Отримані залежності
придатні для інженерних розрахунків екструзій-
ного устаткування та формуючих пристроїв обла-
днання для виготовлення спінених полімерів.
2. Досліди, що були проведені на готових ви-
робах показали, що напруга зсуву на 7...15 % ни-
жча, ніж у чистого полімеру. Одержано аналітичні
залежності напруги зсуву від швидкості зсуву при
різних температурах. Отримані дані можна екст-
раполювати для наближеного обчислення при ін-
женерних розрахунках екструдерів для виготов-
лення спінених композицій. Дані придатні для
проектного розрахунку обладнання повторної пе-
реробки спінених виробів.
Одержано 29.10.2004 г.
УДК 534.24\621.472\621.412\662.99\666.1.031.2
МАЛЕЦКАЯ О.Е.
Ин-т технической теплофизики НАН Украины
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ
НАЧАЛА ВСКИПАНИЯ НАТРИЯ В ТЕПЛОВОЙ ТРУБЕ
Розглянуто умови підвищення на-
дійності та розширення можливостей
використання відомої конструкції со-
нячної високотемпературної енерго-
установки на основі двигуна Стірлінга
та натрієвого випарника для рішення
задач енергозбереження та організації
стаціонарного енергопостачання за
рахунок теплоти спалювання природ-
ного газу. Вперше отримано численні
експериментальні дані по перегрівам
при скипанні натрію в випарнику висо-
котемпературної теплової труби. При-
ведено співставлення отриманих но-
вих результатів по початку скипання
натрію з відомими даними по кипінню
у великому об’ємі.
Рассмотрены условия повышения на-
дежности и расширения возможностей
использования известной конструкции
солнечной высокотемпературной энерго-
установки на основе двигателя Стирлинга
и натриевого испарителя для решения
задач энергосбережения и организации
стационарного энергоснабжения за счет
теплоты сгорания природного газа. Впер-
вые получены обширные эксперимен-
тальные данные по перегревам при вски-
пании натрия в испарителе высокотемпе-
ратурной тепловой трубы. Приведено со-
поставление полученных новых результа-
тов по началу вскипания натрия с извест-
ными данными по кипению в большом
объеме.
The conditions of reliability increase
and expansion of opportunities of a known
design use of the solar high-temperature
energy installation are considered on the
basis of the Stirling engine and sodium
evaporator for the solving the problems of
energy saving and organization the sta-
tionary power supply at the expense of the
natural gas combustion heat. Extensive
experimental data on superheating are re-
ceived for the first time at sodium incipient
boiling in an evaporator of a high-
temperature heat pipe. The comparison of
the received new results on the sodium
incipient boiling with the known data on
boiling in large volume is given.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2004, т. 26, № 6 49
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61581 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:35:03Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лукашова, В.В. Радченко, Л.Б. Зубрій, О.Г. 2014-05-08T06:53:09Z 2014-05-08T06:53:09Z 2004 Дослідження реології розплаву полімеру з пороутворюючими наповнювачами / В.В. Лукашова, Л.Б. Радченко, О.Г. Зубрій // Промышленная теплотехника. — 2004. — Т. 26, № 6. — С. 45-49. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61581 678.057.968 Данная работа посвящена определению реологических зависимостей смеси расплава полимера со вспенивающим агентом для режимов переработки. Дана робота присвячена визначенню реологічних залежностей суміші розплаву полімеру зі спінюючим агентом для режимів переробки. This paper suggests the experimental study to determining the rheological behavior of polymer blends for conditions of extrusion. A single-screw extruder was used in this study for definition of rheological dependences for process of physical foaming. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные процессы Дослідження реології розплаву полімеру з пороутворюючими наповнювачами Investigation of rheology of polimer melt with cellulating stuffs Article published earlier |
| spellingShingle | Дослідження реології розплаву полімеру з пороутворюючими наповнювачами Лукашова, В.В. Радченко, Л.Б. Зубрій, О.Г. Тепло- и массообменные процессы |
| title | Дослідження реології розплаву полімеру з пороутворюючими наповнювачами |
| title_alt | Investigation of rheology of polimer melt with cellulating stuffs |
| title_full | Дослідження реології розплаву полімеру з пороутворюючими наповнювачами |
| title_fullStr | Дослідження реології розплаву полімеру з пороутворюючими наповнювачами |
| title_full_unstemmed | Дослідження реології розплаву полімеру з пороутворюючими наповнювачами |
| title_short | Дослідження реології розплаву полімеру з пороутворюючими наповнювачами |
| title_sort | дослідження реології розплаву полімеру з пороутворюючими наповнювачами |
| topic | Тепло- и массообменные процессы |
| topic_facet | Тепло- и массообменные процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61581 |
| work_keys_str_mv | AT lukašovavv doslídžennâreologíírozplavupolímeruzporoutvorûûčiminapovnûvačami AT radčenkolb doslídžennâreologíírozplavupolímeruzporoutvorûûčiminapovnûvačami AT zubríiog doslídžennâreologíírozplavupolímeruzporoutvorûûčiminapovnûvačami AT lukašovavv investigationofrheologyofpolimermeltwithcellulatingstuffs AT radčenkolb investigationofrheologyofpolimermeltwithcellulatingstuffs AT zubríiog investigationofrheologyofpolimermeltwithcellulatingstuffs |