Соекструзійна обробка вторинних полімерних матеріалів (теорія, технологія, обладнання)

5. На основі використання диференційного датчика тиску або ферозондового перетворювача, що вимірюють тиск за ступенем деформації шийки екструдера, розроблено метод виміру тиску в соекструзійному обладнанні, що дозволяє забезпечити підтримку точних технологічних параметрів процесу соекструзії.

6. Досліджено зв'язок між складом полімерної суміші, міцністю соекструзійного масиву і граничною напругою зрушення суміші для найбільш розповсюджених складів суміші: наповнені відходи + первинний полімер + суміш вторинних відходів і суміші: первинний полімер + суміш вторинних відходів 15,5; 21,5; 33,0; 55,0 МПа. Експериментально перевірено і підтверджено наявність залежностей між витратами компонентів і релогічними та міцнісними характеристиками суміші для існуючих складів соекструзійної суміші. Установлено, що для рекомендованих рецептів соекструзійної суміші взаємозв'язок між складом і характеристиками суміші з достатнім ступенем точності представляється поліномом першого ступеня, коефіцієнти якого визначаються статистичним методом повного факторного експерименту. Відтворюваність експерименту підтверджується критерієм Кохрена при рівні значимості q = 0,05, адекватність математичного опису дослідним даним підтверджується критерієм Фишера при рівні значимості q = 0,05.

7. Для оперативної оцінки якості суміші для середнього шару п'ятишарової структури в процесі її приготування розроблено еталонну математичну модель суміші, що відбиває залежність необхідної маси первинного полімеру від фактичних значень витрат інших компонентів, що дозволяє забезпечити необхідну однорідність суміші при мінімальній витраті найбільш дорогого в'язкого компонента для встановленої нормативної міцності соекструзії й обраних обмежень. При виборі обмежень виходили з того, що обов'язковою умовою процесу приготування суміші є забезпечення встановленої нормативної міцності соекструзійного виробу і консистенції суміші, необхідної для продавлювання її по каналах екструдера і соекструзійної головки. Модель дозволяє уточнити рекомендовані рецептом чисельні значення маси первинного полімеру і забезпечити його економію до 30 тонн на рік.

Розроблено метод і отримано аналітичні залежності для коректувань завдання на витрати компонентів суміші, що враховують наявність наповнювача в основному матеріалі і додаткових порціях і дозволяють усунути вплив наповненості матеріалів суміші на міцність соекструзійного виробу.

8. На підставі рівнянь еталонної моделі суміші з урахуванням транспортних запізнювань надходження компонентів до екструдера, розроблено узагальнену математичну модель технологічного процесу приготування соекструзійної суміші. З метою практичної реалізації моделі запропоновано метод визначення значень транспортного запізнювання, що враховує взаємне розміщення і реальні параметри технологічного обладнання комплексу по переробці відходів полімерних матеріалів. Порівняльна оцінка ефективності методів автоматизованого керування на імітаційній моделі показала, що використання методу "робота по моделі" дозволяє зменшити середньоквадратичне відхилення міцності соекструзійного виробу в 5 разів для суміші: ПП + ВП і в 12 - для суміші: НО + ПП + ВП у порівнянні з методом "стабілізації витрат компонентів".

9. Розроблено алгоритмічну структуру системи автоматизованого керування процесом приготування соекструзійної суміші "САУ СК", що забезпечує реалізацію запропонованої математичної моделі процесу і методу керування екструзійним обладнаням, створено апаратні і програмні засоби мікропроцесорної системи "САУ СК". Алгоритмічна структура системи забезпечує: керування технологічним процесом у реальному масштабі часу, можливість відновлення після збою, можливість автономного налагодження і модифікації математичного забезпечення, діагностику працездатності комплексу. Випробування і досвід експлуатації системи "САУ СК" на ПП “Універсал” і заводі побутової хімії “ДОННА” підтвердили правильність теоретичних висновків і ефективність запропонованого методу керування, можливість підвищення якості соекструзії за допомогою АСУ ТП приготування суміші, побудованої на основі теоретичних і практичних досліджень даної роботи.

10. Установлено, що міцність з'єднання шарів із вторинних полімерів у процесі соекструзійного формовання полімерних виробів регулюється інтенсивністю зрушувальних деформацій у головці, показником плинності розплаву взаємодіючих полімерів, для чого розроблено метод аналізу спільного об'ємного плину розплавів полімерів під тиском у формуючих каналах соекструзійної головки на основі розбивки шаруватої структури на точкові мікросегменти. Що дало можливість підвищити на 33% якість готових виробів. Створено алгоритми і програмне забезпечення розрахунку необхідної продуктивності, перепаду тиску для кожного шару і визначеної точки шару при заданій товщині шарів у багатошаровій полімерній структурі, що дозволяє розрахувати основні технологічні параметри на стадії створення багатошарового виробу і оптимізувати параметри плину на межфазній границі, регулюючих міцність з'єднання шарів у БПС і вторинних полімерів у суміші середнього шару.

11. Для переробки полімерних відходів різного призначення, включаючи наповнені відходи з виготовленням корисних виробів, розроблено конструкцію багатосекційного універсального шнека екструдера (ШЕД-63-4), технологічна схема і конструкція соекструзійного обладнання, що підвищило якість змішування у 2 рази, та відповідає сучасним конструкторсько-технологічним і ергономічним вимогам. Конструкція багатосекційного черв'ячного шнека впроваджена для переробки композиційних сумішей з виробничих наповнених відходів виробів з поліетилену і поліпропілену на екструзійному обладнанні ПП “Універсал”.

12. Упровадження результатів роботи в промисловості дозволило підтвердити об'єктивність проведених досліджень й одержати економічний ефект у сумі 345 тис. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ

1. Дядичев В.В. Переработка отходов полимерных материалов методом соэкструзии. - Луганск: изд-во ВНУ им. В.Даля, 2003. - 220 с.

2. Дядичев В.В. Ресурсосберегающая технология соэкструзии. - Луганск: изд-во ВУГУ, 1998. - 155 с.

3. Дядичев В.В., Смирный М.Ф., Локотош Б.Н., Леваничев В.В. Технология многослойного формования полимерных структур. - Луганск: изд-во ВУГУ, 1998. - 85 с.

4. Дядичев В.В., Локотош Б.Н., Леваничев В.В. Моделирование процессов соэкструзии. - Луганск; изд-во ВУГУ, 1998. - 74 с.

5. Дядичев В.В. Экструзия вторичных полимеров. - Луганск: изд-во ВНУ им. В.Даля, 2003. - 48с.

6. Дядичев В.В. Анализ способов утилизации полимерных отходов с использованием рациональных конструкций технологического оборудования // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Науковий журнал., 2002. - № 1. - С. 276 - 278.

7. Дядичев В.В., Колесников А.В. Методы и способы конструктивного оформления и расчета машин по переработке полимерных материалов // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Науковий журнал. - 2002. - №4. - С. 51-53.

8. Дядичев В.В. Особенности расчета зоны плавления при переработке композиционных материалов // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Науковий журнал. - 2002. - №2. - С. 203-206.

9. Бутенко М.Л., Дядичев В.В. Объектный подход к моделированию систем // Вісник Східноукраїнського державного університету. Науковий журнал. - 1999. - №6. - С. 64-68.

10. Дядичев В.В. Выбор и обоснование критерия для оценки качества приготовляемой многослойной структуры из отходов полимерных материалов при соэкструзии // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні / Зб. наук. пр. - Луганськ: Вид-во СНУ ім. В.Даля, 2002. - С. 309-314.

11. Половинка Д.В., Невзлин Б.И., Дядичев В.В. Разработка цифровой части схемы влагометра сыпучих материалов // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Науковий журнал. - 2002. - №8. - С. 88-94.

12. Дядичев В.В Методика расчета при проектировании машин и механизмов по переработке отходов полимерных материалов соэкструзией // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Науковий журнал. - 2002. - №11(57). - С. 133-137.

13. Дядичев В.В. Эталонные математические модели смеси для процесса соэкструзии наполненных вторичных полимеров // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Науковий журнал. - 2002. - №12(58). - часть1. - С. 92-94.

14. Солодовник М.Д., Дядичев В.В. Прогнозирование несущей способности конструкции с подкрепляющими элементами // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Науковий журнал. - 2002. - №10. - С. 281-286.

15. Дядичев В.В. Аналитический подход к конструированию головок процесса экструзии полимеров // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. - Донецк: ДонГТУ, 2002. - Вып.23. - С. 47-52.

16. Дядичев В.В. Методика и результаты промышленных испытаний приготовления полимерной смеси из отходов полимеров // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. Научный журнал. - Херсон: Изд-во Херсонского государственного технического университета. - 2002. - №6. - С. 97-100.

17. Дядичев В.В. Микропроцессорная система управления комплексом по переработке отходов полимерных материалов // Радиоэлектроника, информатика, управление. Научный журнал. - Запорожье: Изд-во Запорожского национального технического университета. - 2003. - №1. - С. 131-134.

18. Дядичев В.В. Микропроцессорная система управления технологическим процессом приготовления соэкструзионной полимерной смеси // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. Міжнародний науково-технічний журнал. - Хмельницький, 2002. - №2. - С. 95-98.

19. Дядичев В.В. Многосекционные червячные винты для переработки вторичных полимеров // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. - Кременчук: КДПУ, - 2003. - №2(19), Т.3. - С. 66-69.

20. Дядичев В.В. Применение модели подготовки смеси для оперативного контроля качества готового изделия // Вісник Українського державного університету водного господарства та природокористування. / Збірник наукових праць. - Рівне: Видавництво УДУВГП, 2003. - №2(21). - С. 102-108.

21. Дядичев В.В. Создание качественного изделия из смеси вторичных полимерных материалов методом соэкструзии // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Науковий журнал - 2003. - №4. - С. 42-47.

22. Дядичев В.В. Исследование эффективности корректировки содержания наполнителя в полимерной смеси при рециклинге пластмасс // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Науковий журнал. - 2003. - №3. - С. 229-234.

23. Дядичев В.В. Автоматизированная система управления для технологии создания полимерной смеси при соэкструзии // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. Науковий журнал. - 2003. - №2. - С. 268-272.

24. Дядичев В.В., Козак В.И., Леваничев В.В. Исследование технологических режимов при формировании многослойной полимерной трубки в соэкструзионной головке. // Вестник ВУГУ. Серия Машиностроение. 1996. - С. 97-99.

25. Деклараційний патент України на винахід 59947А, МПК 7 G01L9/00. Диференційний індуктивний датчик тиску / М.Ф. Смирний, В.В. Дядичев (Україна); Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля. - № 2002129917; Заявл. 10.12.2002; Опубл. 15.09.2003, Бюл. №9.

26. Локотош Б.Н., Дядичев В.В., Леваничев В.В., Козак В.И. Моделирование технологического процесса совместной экструзии // Вестник ВУГУ. Серия Машиностроение. 1996. - С. 95-96.

27. Дядичев В.В., Бутенко М.Л., Нестеров М.Г. Экономический анализ целесообразности утилизации полимерных отходов // Збірник наукових праць 6-ої міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (6-10 грудня 1999р., Харків) - К.: ФАДА, ЛТД, 1999. - С. 326-329.

28. Дядичев В.В. Утилизация вторичных полимерных материалов // Праці Луганського відділення Міжнародної академії інформатизації. - Луганськ: Вид-во СУДУ. - 1998. - №1. - С. 85-86.

29. Дядичев В.В., Леваничев В.В., Локотош Б.Н., Нестеров Н.Г., Исследование процесса взаимодействия полимерных расплавов // Збірник наукових праць 5-ої міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (11-15 травня 1999р., Миколаїв) - К.: ФАДА, ЛТД, 1999. - С. 234-237.

30. Локотош Б.Н., Дядичев В.В., Леваничев В.В., Козак В.И. Микропроцессорная система управления технологическим процессм соэкструзионной установки. // Труды науч.-техн.конф. “Проблемы и перспективы развития сертификации промышленной продукции” (21-23 февраля 1995г. п. Сколе) - Киев. 1995. - С. 43-44.

31. Локотош Б.Н., Дядичев В.В., Леваничев В.В., Козак В.И. Оценка термодинамической совместимости полимеров при совместной экструзии. // Труды научной конференции “Производство и ремонт механизмов и машин в условиях конверсии” (23-25 мая 1995г., Крым, Никитский ботанический сад). - Киев, 1995. - С. 122-123.

32. Дядичев В.В., Локотош Б.Н., Леваничев В.В. Анализ влияния технологических параметров вторичного формования полимеров на адгезионную прочность многослойной упаковки // Збірник наукових праць 6-ої міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (6-10 грудня 1999р., Харків) - К.: ФАДА, ЛТД, 1999. - С. 529-530.

33. Дядичев В.В. Вторичное деформирование многослойных полимерных материалов // Праці Луганського відділення Міжнародної академії інформатизації. - Луганськ: Вид-во СУДУ. - 1998. - №1. - С. 89-92.

34. Локотош Б.Н., Дядичев В.В., Нестеров В.П., Леваничев В.В. Технология использования вторичного полимерного материала в процессе соэкструзии // Сборник трудов 1-й Международной конференции “Современные технологии ресурсо-энергосбережения” - Партенид, 12-16 октября 1997. - С. 68-71.

35. Дядичев В.В., Локотош Б.Н., Леваничев В.В. Установка для производства многослойных полимерных емкостей с применением добавок вторичного сырья // Сборник трудов 1-й Международной конференции “Современные технологии ресурсо-энергосбережения” - Партенид, 12-16 октября 1997. - С. 72-76.

36. Дядичев В.В., Леваничев В.В., Локотош Б.Н. Моделирование технологии ресурсосбережения // Праці Луганського відділення Міжнародної академії інформатизації. - Луганськ: Вид-во СУДУ. - 1998. - №1. - С. 78-80.

37. Локотош Б.Н., Дядичев В.В., Леваничев В.В. Энерго и ресурсосберегающая технология соэкструзии полимеров // Збірник наукових праць 5-ї міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (11-15 травня 1999р., Миколаїв) - К.: ФАДА, ЛТД, 1999. - С. 231-234.

38. Дядичев В.В., Локотош Б.Н., Колесников А.В. Методы контроля давления в технологическом процессе соэкструзии полимеров. // Збірник наукових праць 8-ї міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (23-27 жовтня 2000р., Чернігів) - К.: ФАДА, ЛТД, 2000. - С. 360-364.

39. Локотош Б.М., Дядичев В.В., Колесников А.В. Методы расчета и конструирования деталей и узлов соэкструзионных машин // Збірник наукових праць 9-ї міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (12-15 червня 2001р., Чернівці) - К.: ФАДА, ЛТД, 2001. - C. 107-110.

40. Дядичев В. В. Моделирование процессов соекструзионного формования полимеров // Збірник наукових праць 6-ї міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (6-10 грудня 1999р., Харків) - К.: ФАДА, ЛТД, 1999. - С. 624-627.

41. Локотош Б.Н., Дядичев В.В., Колесников А.В. Методика расчета при проектировании машин по утилизации отходов полимерных материалов способом соэкструзии // Збірник наукових праць 12-ї міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (20-23 листопада 2002р., Миргород, Полтавської обл.) - К.: ФАДА, ЛТД, 2002. - С. 56-60.

42. Локотош Б.Н., Дядичев В.В., Колесников А.В. Определение рациональных конструктивных параметров экструзионной установки по утилизации комбинированных полимерных отходов методом моделирования // Збірник наукових праць 13-ї міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (3-6 червня 2003р., Дніпропетровськ) - К.: ФАДА, ЛТД, 2003. - С. 329-333.

43. Дядичев В.В., Колесников А.В. Технологічна схема та параметри утилізації відходів полімерних матеріалів методом соектрузії // Збірник наукових праць Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля (матеріали VIII Міжнародної науково-практичної конференції “Університет і регіон” 25-26 грудня 2002. року): Науковці-підприємствам і установам регіону / За заг. ред. проф. О.Л. Голубенка. - Луганськ: вид-во Східноукр. нац. ун-ту ім. В.Даля, 2002р. - Частина друга. - С. 45.

44. Локотош Б.Н., Дядичев В.В., Козак В.И., Леваничев В.В. Резурсооберегающая технология и оборудование для изготовления многослойной полимерной тары. // Труды научной конференции “Ресурсо- и энергосберегающие технологии в машиностроении” (5-7 сентября 1995г., г. Одесса). - Киев, 1995. - С. 38.

45. Дядичев В.В. Методика определения коэффициента политропичности при соэкструзии // Збірник наукових праць 5-ої міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (11-15 травня 1999р., Миколаїв) - К.: ФАДА, ЛТД, 1999. - С. 237-240.

Конкретний особливий внесок у роботи, які опубліковані разом зі співавторами:

[3] - здобувачем розроблено методику і розрахункову схему для проектування екструзійного обладнання;

[4] - здобувачем розроблено алгоритмічну структуру, сформульовано технічні вимоги до параметрів моделювання;

[7] - здобувачем запропоновано методики розрахунку екструзійного обладнання для переробки полімерних матеріалів;

[9] - здобувачем запропоновано істотні відмітні ознаки технологічних систем з їх обґрунтуванням;

[11] - здобувачем розроблено структурну схему роботи вологоміра сипких полімерних матеріалів;

[14] - здобувачем дано теоретичне обґрунтування можливості підвищення елементів обладнання під тиском;

[24] - здобувачем розроблено схему функціонування соекструзійного обладнання для плину різнорідних полімерів.

[25] - здобувачем запропоновано схему пристрою, що підвищує точність виміру тиску і перешкодостійкість датчика;

[26] - здобувачем розроблено фізичну модель течії полімерів у соекструзійній головці.

АНОТАЦІЯ

На основі рівнянь еталонної моделі суміші розроблена узагальнена математична модель технологічного процесу, мікропроцесорна система управління процесом приготування соекструзійної суміші.

Створено алгоритми і програмне забезпечення розрахунку необхідної продуктивності, перепаду тиску для кожного шару при заданій товщині шарів у багатошаровій полімерній структурі. Розроблено конструкцію універсального шнека екструдера, технологічну схему і конструкцію соекструзійного обладнання.

Ключові слова: соекструзійне формування, вторинний полімер, міжфазова границя, математична модель, адгезійна міцність з'єднання шарів, формуючий канал, зрушувальна деформація, спільний хід розплаву, перепад тиску, алгоритмічна структура, транспортне запізнювання, однорідність суміші, екструдер.

АННОТАЦИЯ

Дядичев В.В. Соэкструзионная обработка вторичных полимерных материалов (теория, технология, оборудование). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.05 - процессы и машины обработки давлением - Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля, Луганск, 2003.

Диссертация посвящена решению научно-технической проблемы создания технологии и оборудования для переработки отходов разнородных полимерных материалов методом соэкструзии с целью производства новых качественных изделий, что обеспечивает снижение уровня загрязнения окружающей среды, ресурсо- и энергосбережение. Разработаны методы расчета и математическая модель рабочего процесса в экструдере среднего слоя при соэкструзии многослойной структуры на основе уравнения энергетического баланса с учетом производительности каждого слоя, исследованы процессы обработки давлением полимерных материалов в соэкструзионном оборудовании, определены его основные характеристики.

Для оперативной оценки качества смеси разработаны критерии оценки качества многослойной структуры и эталонные модели смеси, обеспечивающие необходимую однородность смеси путем корректировки расхода основного вяжущего компонента (первичного полимера) при изменении расхода других компонентов при условии обеспечения требуемой адгезионной прочности многослойной структуры.

Предложена математическая модель технологического процесса для соэкструзии отходов полимерных материалов, которая отличается от существующих тем, что учитывает параметры эталонной модели смеси и транспортное запаздывание поступления компонентов в экструдер, на основе чего разработана микропроцессорная система управления технологическим процессом.

Разработана новая методика расчета перепада давления в подводящих каналах соэкструзионных головок, на основании которой разработана математическая модель совместной экструзии полимеров, позволяющая анализировать распределения давления в каналах течения головки и выявлять характерные конструктивные недостатки соэкструзионного оборудования и пути их устранения. Разработана математическая модель процесса совместной экструзии пятислойной полимерной структуры объемного течения, позволяющая повысить адгезионную прочность многослойного полимерного соединения.

На основе разработанных физических и математических моделей предложена новая конструкция многосекционного шнека для экструдера, перерабатывающего смеси отходов полимерных материалов, совмещающего принципы смешивания и деформирования расплава полимеров, отвечающего высоким техническим характеристикам и современным конструктивным требованиям для оптимизации процесса соэкструзии.

Результаты работы внедрены на ОАО “Производственное объединение “Стеклопластик” (г. Северодонецк), МЧП “Сонечко”, заводе бытовой химии “ДОННА” (г. Луганск), ЧП “Универсал”, ООО “Научно производственная фирма “Биолайт” (г. Луганск).

Ключевые слова: соэкструзионное формование, вторичный полимер, межфазная граница, математическая модель, адгезионная прочность соединения слоев, формующий канал, сдвиговая деформация, совместное течение расплава, перепад давления, алгоритмическая структура, транспортное запаздывание, однородность смеси, экструдер.

ABSTRACT

Dydichev V.V. Coextrusion processing of secondary polymer stuffs (theory, technology, equipment). - Manuscript.

Thesis presented for a degree of Doctor of Technical Sciences on the the speciality 05.03.05 - Plastic metal working processes and machines - East-Ukrainian National University n.a. V.Dal, Lugansk, 2003.

This dissertation is dedicated to the deciding a technical problem of creating a technology and equipment for the conversion waste of heterogeneous polymeric material by the extrusion method. This was made by the reason of production of the new qualitative products. Thit ensures a reduction level of soiling of environment. Also this can allow creatin the new principles, methods and models of technological process of formation an polycomponent polymeric structure, that can account pacularities of components, that allow to develop new technical decisions, ensuring efficient equipment operation, required features of mixture and laminated structure.

Combined mathematical model of coextrusion mixture preparation manufacturing method was developed on the base of etalon mixture models equations, taking into account transport delays during arrival of components into tuber. An algorithmic automatic control system structural arrangement of preparation coextrusion mixture process had been also designed. Universal screw architecture, process flowsheet and coextrusion equipment architecture were also designed.

Keywords: coextrusion shapig, secondary polymer, phase boundary, mathematical model, layer join adhesion strength, molding channel, shear deformation, melt current, pressure differential, algorithmic structure, transport delays, homogeneity of mixture, tuber.

Размещено на Allbest.ru