Вивчено вплив конструкції черв'яків одночерв'ячного екструдера на ступінь гомогенізації різних марок поліетилену. Показано вплив довжини, ступеня стиснення та змішувальних елементів черв'яка на якість змішування компонентів поліетилен-сажа. За допомогою запропонованої методики одержанно аналітичні залежності, подано рекомендації щодо вибору конструкцій черв'яків та оптимізації процесу переробки різних видів композицій поліетилену.

Наведено метод інженерного розрахунку розплавного одночерв'ячного екструдера або зони розплаву пластикаційного екструдера, який дає змогу врахувати найважливіші особливості реальних машин цього типу, зокрема, зміну глибини гвинтового каналу вздовж черв'яка, наявність зазору між гребенем витка і корпусом та вплив бокових стінок каналу на характеристики екструдера, а також зміну фізичних та реологічних характеристик розплаву полімеру. Розрахунок грунтується на числових математичних методах, які реалізовано за допомогою комп'ютера. Наведено експериментальні дані, що підтверджують можливість використання запропонованого методу в проектуванні обладнання для екструзії полімерів.

Розглянуто основні закономірності зношування черв'яків та циліндрів екструдерів при їх безпосередньому контакті в процесі експлуатації. Використано енергетичний підхід до розрахунку параметрів зношування, наведено експериментальні дані для різних пар матеріалів, які використовують для виготовлення та зміцнення робочих органів екструдерів. Подано рекомендації з вибору матеріалів для зміцнення циліндрів та черв'яків екструдерів.

Розглянуто математичну модель процесів, які здійснюються у дисковому зазорі черв'ячно-дискових екструдерів під час переробки в'язкопружних рідин з урахуванням рухомих сил, викликаних обертанням диска, а також нагнітанням у дисковий зазор матеріалу за допомогою черв'ячної нарізки. На базі пакета MathCAD розроблено програми для оптимізації технологічних і геометричних параметрів екструзійних агрегатів. Одержано дані, які характеризують розподіл напружень і швидкостей у дисковому зазорі.

Рассмотрена математическая модель процессов, которые осуществляются в дисковом зазоре червячно-дисковых экструдеров при переработке вязкоупругих жидкостей с учетом движущих сил, вызванных вращением диска и нагнетанием в дисковый зазор материала с помощью червячной нарезки. На базе пакета MathCAD разработаны программы для оптимизации технологических и геометрических параметров экструзионных агрегатов. Получены данные, которые характеризуют распределение напряжений и скоростей в дисковом зазоре.

packet the programs for the optimization of technological and geometrical parameters of extrusion aggregates have been developed. The data characterizing distribution of voltages and rates in a disk clearance have been obtained.

Розроблено математичну модель неізотермічних процесів, які відбуваються у гвинтових каналах черв'ячних машин у зоні живлення у разі завантаження полімерними матеріалами у вигляді гранул чи порошку. Проведено оптимізаційні розрахунки основних геометричних і технологічних параметрів зони живлення черв'ячних машин. Наведено програму та одержано дані щодо розподілу тиску і температурного поля, а також потужності.

Разработана математическая модель неизотермических процессов, которые происходят в винтовых каналах червячных машин в зоне загрузки при питании полимерными материалами в виде гранул или порошка. Выполнены оптимизационные расчеты основных геометрических и технологических параметров зоны загрузки червячных машин. Представлена программа и получены данные для распределения давления и температурного поля, а также мощности.

Mathematical model of non-isothermal processes occurring in screw channels of worm machines in loading zone at feed with polymeric materials as granules or a powder has been developed. Optimization calculations of the main geometric and technological parameters of loading zone of worm machines have been performed. The program has been submitted and the data concerning distribution of pressure, temperature field, and power have been obtained.

Розглянуто основні принципи моделювання процесів, що відбуваються в різних зонах черв'ячних екструдерів, розкрито їх взаємозв'язок. Наведено математичну модель для розрахунку основних технологічних і конструктивних параметрів екструдерів і проведення їх оптимізації. Запропоновано конструктивні схеми компонування машини.

Рассмотрены основные принципы моделирования процессов, происходящих в различных зонах червячных экструдеров, раскрыта их взаимосвязь. Приведена математическая модель для расчета основных технологических и конструктивных параметров экструдеров и проведения их оптимизации. Помещены конструктивные схемы компоновки машины.

Розроблено математичну модель оптимізації процесів тепломасопереносу, що відбуваються у робочих каналах під час переробки полімерних матеріалів, розплави яких відповідають степеневому реологічному рівнянню стану. Алгоритм розв'язку математичної моделі дає змогу оптимізувати параметри проведення процесу екструзії, як на стадії проектування агрегатів, так і в процесі функціонування устаткування, з огляду на зміни геометричних і технологічних характеристик.

Приведены математические модели оптимизации технологических и конструктивных характеристик червячных машин для их основных функциональных зон (питания, плавления и смешения) с учетом взаимосвязи между этими зонами. Решение задач тепломассопереноса выполнено в сочетании операционного метода (преобразования Лапласа) с применением разностных схем. Разработаны пакеты прикладных программ на основе пакета Mathcad.

Для использования процесса соэкструзионной обработки давлением при приготовлении многослойной полимерной структуры разработана обобщенная технологическая схема процесса, которая позволяет определить влияние основных технологических параметров на качество адгезионного соединения многослойной структуры. Установлено влияние промежуточного давления на производительность экструдера среднего слоя.

Зазначено, що під час конструювання й оптимізації екструзійного устаткування комп'ютерне моделювання процесів, що в них відбуваються, дозволяє значно знизити витрати коштів і часу. Найбільшого поширення та перспективу під час дослідження складних гідродинамічних і теплових процесів мають системи, побудовані на математичній базі методів скінченних елементів і контролю об'ємів, та з'єднані з пакетами твердотільного моделювання для створення сіткових областей геометрично складних каналів. Наведено результати моделювання течії неньютонівських рідин у плоскощілинних головках екструдерів. Розроблені математичні моделі дозволяють виконувати гідродинамічні та міцнісні розрахунки для дослідження полів швидкостей і тисків у полімерперероблювальному й іншому хімічному устаткуванні.

Рассмотрен механизм плавления в процессе экструзии, разработана математическая модель процесса плавления, приведены основные зависимости для определения температурного поля в канале червяка. Созданы методика и алгоритм расчета, проведено численное исследование процесса экструзии, приведены результаты теоретического исследования экструзии в одночервячном экструдере с учетом деформации твердого материала в канале экструдера. Полученные результаты могут быть рекомендованы для инженерных расчетов экструзионного оборудования для переработки полимеров и материалов на их основе.

Розглянуто та проаналізовано різні фізичні й математичні моделі процесу переробки полімерів у двочерв'ячному екструдері з односпрямованим обертанням черв'яків, наведено основні аналітичні залежності для визначення параметрів процесу переробки термопластичних матеріалів у зазначеному екструдері. Розроблені алгоритм і програма розрахунку дозволяють для заданої продуктивності екструдера визначати конструктивні розміри і частоту обертання черв'яків, а також тепловий режим робочих органів екструдера та можуть бути рекомендовані для інженерних розрахунків екструзійного устаткування для переробки полімерів і матеріалів на їх основі.

Розглянуто та проаналізовано різні фізичні та математичні моделі процесу переробки полімерів у двочерв'ячному екструдері з різноспрямованим обертанням черв'яків, наведено основні аналітичні залежності для визначення параметрів процесу переробки термопластичних матеріалів у даному екструдері. Розроблені алгоритм і програма розрахунку дозволяють для заданої продуктивності екструдера визначати конструктивні розміри та частоту обертання черв'яків, а також тепловий режим робочих органів екструдера, які можна рекомендувати для інженерних розрахунків екструзійного устаткування для переробки полімерів і матеріалів на їх основі.

Описано лабораторну установку для дослідження каскадної черв'ячно-дискової екструзії. Від відомих конструктивних рішень зазначена установка відрізняється широкою універсальністю з точки зору як виду перероблюваних полімерів та одержуваних матеріалів, у тому числі і композиційних, так і розмірів, і форми частинок вихідної полімерної сировини (гранули, агломерат, плівка, частинки після подрібнення вторинної сировини).

Розглянуто експериментальні дослідження розробленого каскадного екструдера з дисковим розплавлювачем-гомогенізатором і нагнітачем розплаву у вигляді шестеренного насоса. Результати досліджень процесу переробки поліетилену високого тиску марки 15803-020 зображено у вигляді номограми для визначення режиму роботи екструдера.

З використанням фізичних моделей процесів, що відбуваються у функціональних зонах одночерв'ячного екструдера під час виготовлення спінених полімерів, розроблено їх математичні моделі. Створено загальну математичну модель процесу екструзії спінених полімерів як послідовність моделей подачі, плавлення та гомогенізації у зонах до та після введення спінювального агента, об'єднаних відповідно сформульованими умовами стикування. Процес екструзії розглянуто у циліндричній системі координат Лагранжа з нерухомим циліндром і черв'яком, що обертається. За цього виділено кільцевий об'єм, що дорівнює кроку нарізки, рухається вздовж осі черв'яка, та проходить послідовно зони подачі, плавлення та гомогенізації. Створено методику та відповідне програмне забезпечення для визначення параметрів, що забезпечують задану продуктивність. Адекватність створених моделей підтверджено результатами проведених експериментальних досліджень.

Дисертацію присвячено розробці методики розрахунку зони дозування-гомогенізації одно- та двочерв'ячних екструдерів з метою обгрунтованого вибору технологічної схеми, розрахунку оптимальної геометрії робочих органів та режимів переробки, за яких якість розплаву полімерної композиції задовольняє поставлені вимоги. Запропоновано узагальнену математичну модель течії розплаву полімера в каналах одно- та двочерв'ячних екструдерів, алгоритм та програму розрахунку. Створено алгоритм та програму розрахунку параметрів змішення з використанням розрахованої гідродинаміки потоку.

Розроблено ефективні методи розрахунку та конструювання плоскощілинних екструзійних головок для формування листових і плівкових виробів з полімерних матеріалів та термонестабільних композицій на їх основі. Створено алгоритм розрахунку головки, який поєднує наближену математичну модель з уточенням методом скінченних елементів і враховує залежність реологічних властивостей композицій від основних параметрів процесу формування. Проведено експериментальні та числові дослідження впливу технологічних параметрів процесу та рецептури композицій на профіль каналів. Розроблено конструкцію плоскощілинної головки, яка дозволяє змінювати переріз каналів за шириною формувальної щілини. Розроблено склад композиції для формування мікропористих матеріалів і визначено її реологічні та технологічні властивості.

Вперше одержано математичні залежності розрахунку тиску та питомої витрати в екструзійному обладнанні методом дослідження впливу на значення даних параметрів процесів, що відбуваються у кожній секції екструдера з багатосекційним шнеком, який переробляє вторинну комбіновану полімерну сировину. Уточнено критерії оцінки якості змішування компонентів в'язкоплинної полімерної маси в основних секціях екструдера методом аналізу зсувних деформацій плинності в'язкої полімерної маси у каналі екструдера в двох напрямках. Удосконалено математичну модель функціонування екструдера з багатосекційним шнеком з метою дослідження параметрів його роботи та розробки нових конструкцій шнеків екструдерів шляхом послідовного моделювання окремих секцій з постійним кроком за довжиною екструдера.

Показано можливість підвищення ефективності технологічних процесів переробки вторинних полімерних матеріалів методом соекструзії на базі математичного моделювання процесу створення багатошарової структури та встановлення взаємозв'язків між технологічними та конструктивними параметрами процесу. Розроблено конструкцію соекструзійної головки, призначеної для роздільної переробки вторинних полімерів промислового та побутового походження. Показано, що дана конструкція дозволяє виготовляти виріб з вторинної полімерної сировини, яка має такі ж властивості, як і виріб з первинного полімеру. На підставі принципу електрофізичних аналогій вперше розроблено математичну модель роботи соекструзійної головки, з використанням якої встановлено взаємозв'язок технологічних і конструктивних параметрів процесу створення багатошарової структури. Визначено раціональні конструктивні параметри соекструзійної головки, що забезпечують підвищення якості готового виробу. Проведено експериментальні дослідження на фізичній моделі та промисловому обладнанні, результатами яких підтверджено адекватність математичної моделі та визначено вплив технологічних параметрів процесу соекструзії та вмісту вторинних полімерних матеріалів на межу міцності одержаних виробів.