Компьютерное моделирование кинетики термоокисления эластомерного композита в программах Tablecurve2d/3d

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Компьютерное моделирование кинетики термоокисления эластомерного композита в программах Tablecurve2d/3d

В настоящее время эластомеры применяются практически во всех отраслях промышленности. Объемы их производства измеряются десятками миллионами тонн, а объемы продаж - сотнями миллиардов долларов. При этом требования к уровню свойств готовой продукции из эластомерных композитов все более ужесточаются.

Изделия из эластомерных композитов зачастую работают в тяжелых условиях эксплуатации - высокие статические и динамические нагрузки, значительные перепады температур, агрессивные среды - и это далеко не полный список возможных негативных факторов эксплуатации [1, C. 236]. Процессы окисления при термо- и механоокислительной деструкции эластомерных композитов сопровождают процесс эксплуатации готовых изделий, и являются основной причиной сниженного ресурса готовых изделий [2, С. 46]. В работе предлагается провести математическое моделирование процесса окисления эластомерного композита с использованием современных комплексов программ Table curve 2d, 3d.

В реальных условиях эксплуатации эластомерных композитов процессы окислительной деструкции протекают с очень малой скоростью, и требуется значительное время для оценки влияния окисления на уровень эксплуатационных свойств изделия. На скорость окисления значительное влияние оказывает температура и процентное содержание кислорода [2, С. 54]. Поэтому в лаборатории окислительные процессы моделируют в камере под давлением при повышенной температуре и в среде чистого кислорода. На рис. 1. представлены экспериментальные данные по кинетике окисления (температура 150°С, давление кислорода 300 мм рт. ст.).

Рис. 1. Кинетическая кривая окисления

термоокисление эластомерный композит программа

Программные продукты Table curve 2d, 3d (Systat Software) предназначены для построения графиков в двумерной и трехмерной системе координат. Программы позволяют осуществлять ввод данных в двух режимах - с клавиатуры через Table curve 2d editor и из файла через ASCII editor. Второй способ ввода данных использует стандартный код для обмена информацией ASCII Editor. Через этот редактор можно переносить данные из Microsoft Word, Microsoft Excel и др.

После ввода данных в программе Table Curve 2D появится меню и графическое изображение зависимости в виде ломаной линии. Программа позволяет выполнять преобразования осей координат, а также осуществлять поиск математических модели, которая наилучшим образом будет описывать данную экспериментальную зависимость. Процедура поиска полностью удовлетворяет требованию метода наименьших квадратов, в соответствии с которым производится выбор параметров моделей [5, C. 28]. Программа позволяет проводить структурную и параметрическую идентификацию математических моделей и ранжировать их с учетом критериев адекватности (качества) модели [5, C. 35].

Полученные экспериментальные данные аппроксимировались моделями 8013 и 12 по каталогу программы Table curve 2d [5, C. 112]. Данные зависимости имеют следующий вид:

В таблицах 1, 2 представлены критерии качества для выбранных математических моделей.

Таблица 1. Критерии качества модели

Таблица 2. Критерии качества модели y=a+b*x^0.5

Далее в программе Table curve 3d на основе полученных экспериментальных данных по термоокислению были построены пространственные изображения, представляющие собой геометрические поверхности отклика. В качестве факторов варьирования были выбраны время окисления - технологический и содержание компонента-ингибитора - рецептурный. Степень термоокисления оценивали по поглощению кислорода. Полученные поверхности отклика аппроксимировались моделью 301 по каталогу программы (пространственное изображение представлено на рис. 2). Выбор уравнений производился путем ранжирования математических моделей по критериям их качества и адекватности.

Рис. 2. Аппроксимация поверхности отклика моделью 301

Критерии качества для выбранной математической модели представлены в таблице 3.

Таблица 3. Критерии качества модели 301 z=a+bx+cy+dx²+ey²+fxy

Предложенная 6-ти параметрическая модель имеет порядковый номер 301 по каталогу программы Table curve 3d и содержит коэффициент f, который количественно характеризует как вклад отдельных факторов, так и совместное влияние двух факторов - рецептурного (содержание ингибитора окисления) и технологического (время окисления) на отклик - поглощение кислорода, т.е. описывает кинетику окисления.

Таким образом, проведенные теоретические и экспериментальные исследования по термоокислительной деструкции эластомерных композитов позволяют создать соответствующее математическое описание процесса. Проведена формализация процесса окисления эластомерных композитов. Создан комплекс математических моделей кинетики окисления с учетом изменения уровней рецептурно-технологических факторов процесса термоокислительной деструкции. Получены соотношения, количественно характеризующие влияние рецептурно-технологических факторов на кинетику окисления. Построены графические характеристики процесса термического окисления эластомерных композитов.

Список литературы

термоокисление эластомерный композит программа

1. Корнев А.Е. Технология эластомерных материалов \ А.Е. Корнев, А.М. Буканов, О.Н. Шевердяев \\ Москва: - МГОУ, 2001. - 472 с.

2. Кербер М.Л. Физические и химические процессы при переработке полимеров \ М.Л. Кербер, А.М. Буканов, С.И. Вольфсон, и др. Санкт-Петербург: - НОТ, 2013. - 314 с.

3. Гартман Т.Н., Клушин Д.В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. 416 с.

4. Мадера А.Г. Моделирование и принятие решений в менеджменте: Руководство для будущих топ-менеджеров: Учебник. Изд. стереотип. - М.: Издательство ЛКИ, 2017. - 688 с.

5. Агаянц И.М. Азы статистки в мире химии. - М.: Изд-во МИТХТ, 2012. - 440 с.: ил.

6. Агаянц И.М. Натуральный каучук, в поисках рецепта. - М.: Петергоф, 2010. - 701 с.

7. Новаков И.А. Реологические и вулканизационные свойства эластомерных композиций. \ И.А. Новаков, С.И. Вольфсон, О.М. Новопольцева, М.А. Кракшин \\ - М.: - ИКЦ «Академкнига», 2008. - 332 с.

8. Денисов Е.Т. Окисление и деструкция карбоцепных полимеров Л.: Химия, 1990. - 288 с. - ISBN 5-7245-0162-7.

9. Копылова Н.А. (сост.) Деструкция полимеров Методическая разработка для лабораторного практикума. - Нижний Новгород, ННГУ, 1995. - 24 с.

10. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем: Учебник для вузов. - Мн.: Дизайн ПРО, 2004. - 640 с.: ил. ISBN 985-452-080-3

Размещено на Allbest.ru