CC BY
3УДК 628.4.04-405
ИССЛЕДОВАНИЕ СОЗДАНИЯ КАЧЕСТВЕННОГО АДГЕЗИОННОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРИ ДЕФОРМИРОВАНИИ МНОГОСЛОЙНОЙ ЗАГОТОВКИ В ПРОЦЕССЕ РАЗДУВА
СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Дядичев В.В., Менюк С.Г., Дядичев А.В., Дядичева Е.А.
ФГАОУ ВО "КФУ им. В.И. Вернадского; Россия, 295000, г. Симферополь, ул. Павленко, 3, корпус 2, к. 306 mr.dyadichev@mail.ru, adyadichev@mail.ru, dyadicheva-e@mail.ru
Аннотация: в статье проанализирована актуальность использования вторичного полимерного сырья в новых строительных изделиях. Рассмотрены основные стадии переработки вторичных полимеров. Отмечены особые перспективы использования технологии соэкструзии с последующим раздувом. Проведен расчет адгезии многослойной заготовки для различных схем нагружения. Исследовано напряженно-деформированное состояние в процессе раздува заготовки, состоящей из трех слоев, из которых два наружных состоят из первичного полимера, а внутренний - из полимера, полученного в процессе переработки отходов.
Предмет исследования: основным путем получения полимерных изделий с заданными свойствами является конструирование многослойных полимерных материалов. Кроме того, использование многослойности расширяет возможности утилизации изделий из полимеров, когда из отходов полимерных материалов формируется внутренний слой в многослойной системе и тем самым решается экологическая проблема переработки отходов. В статье предлагается использование метода соэкструзии с последующим раздувом, как одного из самых эффективных формообразующих методов формования строительных изделий с применением целого ряда смежных технологий. В основе метода лежит непрерывная пластификация полимера в нескольких экструдере с дальнейшим получением многослойной заготовки в виде трубы и циклическое формование в пресс-форме путем нагнетания в заготовку сжатого воздуха. Целью работы является исследование создания качественного адгезионного соединения при деформировании многослойной заготовки в процессе раздува.
Материалы и методы: свойства многослойной структуры раздуваемой заготовки: перепад давления, пористость, вязкость, взаимопроникновение частиц в слое, интенсивность процессов тепло- и массопередачи зависят от параметров раздува и расхода воздуха. При исследовании процессов раздува под давлением в многослойной структуре необходимо располагать исчерпывающей информацией о поведении и адгезии таких слоев. Важнейшим параметром многослойной структуры является ее динамическое сопротивление. В результате деформации многослойного материала в выдувной форме возникает знакопеременный аэродинамический напор, который оказывает существенное влияние на динамику адгезии многослойной структуры.
Результаты: для совершенствования конструктивных и технологических параметров, для создания новых методик расчета показателей процесса формования многослойных структур разработана функциональная схема оборудования для комбинированной соэкструзии полых полимерных изделий с использованием специального устройства раздува. Определена методика анализа динамического поведения многослойной оболочки, позволяющая определять критические интенсивности напряжений и деформаций сдвига, при которых происходит качественное адгезионное соединение многослойной заготовки при раздуве. На основании уравнений динамики раздува многослойных изделий, учитывающих кинематические, динамические и энергетические условия на поверхностях соприкосновения слоев определены условия, обеспечивающие пластическую деформацию соприкасающихся слоев полимерного материала и хорошую адгезию между слоями первичного и вторичного полимеров при максимальной производительности.
Выводы: определено, что скорость деформации многослойной заготовки необходимо регулировать давлением раздува, а качественное адгезионное соединение слоев обеспечивать рационализацией процесса тепло- и массопереноса. Ключевые слова: вторичные полимерные материалы, соэкструзия, адгезия, напряженно-деформированное состояние, вязко-пластическая модель, скорость деформации, давление раздува.
ВВЕДЕНИЕ
Возрастание потребности в полимерных строительных изделиях и упаковке с заданным регулируемым комплексом свойств, требует повышения производительности оборудования с совершенствованием технологии изготовления полимерной продукции. Основным путем получения полимерных изделий с заданными свойствами является конструирование
многослойных полимерных материалов. Кроме того, использование многослойности расширяет возможности утилизации изделий из полимеров, когда из отходов полимерных материалов формируется внутренний слой в многослойной
системе и тем самым решается экологическая проблема переработки отходов [1-3].
Благодаря целому ряду ценных эксплуатационных свойств полимерные материалы широко используются в технике и в быту. Однако наряду с ценными качествами, у этих синтетических продуктов имеются и недостатки. Наиболее существенный из них состоит в том, что они, в отличие от многих природных материалов, выполнив свои функции, не уничтожаются достаточно быстро под действием агрессивных факторов окружающей среды - света, тепла, атмосферных газов, микроорганизмов, а продолжают существовать в виде долгоживущих отходов, причиняя в некоторых случаях непоправимый ущерб живой природе [2-5].
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ
В условиях удорожания исходного полимерного сырья пластмассовые отходы становятся мощным сырьевым и энергетическим ресурсом. Использование отходов полимеров позволяет существенно экономить первичное сырье (прежде всего нефть) и электроэнергию. С этих позиций рассматриваются следующие стадии оборота полимеров в общественном потреблении: синтез ^ переработка ^ модификация ^ применение ^ сбор и сепарация отходов ^ вторичная переработка ^ повторное применение ^ сбор и сепарация отходов ^ и т.д. до окончательной утилизации отходов [6-7].
Переработка вторичного полимерного сырья включает в себя три основные группы процессов: подготовительные, формообразующие и вспомогательные. Подготовительные процессы объединяют операции превращения отходов в сырье (порошок, гранулы), пригодное для последующей переработки в изделия. Формообразующие включают в себя операции обработки давлением для передела полимерного сырья в изделия (прессование, экструзия, соэкструзия, литье под давлением, раздувное формование, пневмо- и вакуумное формование, каландрование). Вспомогательные процессы объединяют отделочные и доводочные операции, например: придание готовым изделиям привлекательного внешнего вида, создание неразъемного соединения из отдельных элементов изделия и другое [8-10].
Соэкструзия с последующим раздувом на сегодняшний день - один из самых эффективных формообразующих методов формования изделий с применением целого ряда смежных технологий. В основе метода лежит непрерывная пластификация полимера в нескольких экструдере с дальнейшим получением многослойной заготовки в виде трубы и циклическое формование в пресс-форме путем нагнетания в заготовку сжатого воздуха. Раздув следует сразу же после загрузки заготовки необходимой длины в пресс-форму в ходе непрерывного соэкструзионного процесса, без остановки экструдеров [11-13].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Известные способы получения многослойных полимерных систем базируются на использовании обработки давлением их расплавов [14-15]. Для этого разработано специальное оборудование, которое на сегодняшний день не всегда обеспечивает требуемые производительность и качество продукции. Исходя из отмеченных фактов необходимо построение модели напряженно-деформированного состояния многослойной полимерной заготовки в процессе обработки давлением.
В связи с большой номенклатурой выпуска многослойных полимерных объемных изделий и
универсальности расчета вводим допущение о сферической форме днища изделия.
Сначала рассмотрим определение параметров технологического процесса импульсного раздува многослойного днища полимерной емкости.
Одним из важнейших технологических параметров является давление раздува, величина которого должна быть достаточна для уплотнения многослойной структуры и обеспечения прочного адгезионного соединения [16]. Кроме того, давление воздуха поддерживает требуемое взаимное расположение слоев заготовки в полости выдувной формы для быстрого охлаждения изделия, что повышает качество изделий и производительность экструдера [17].
Механические свойства материала
многослойной оболочки характеризуются диаграммой напряжение-деформация с линейным упрочнением в пластической области. Адгезия между слоями многослойной оболочки возникает, если деформация каждого следующего слоя выше, чем предыдущего.
Применение достаточно универсальной методики деформирования вязко-пластического материала, которая адекватно характеризует поведение слоев как первичного, так и вторичных полимеров позволяет перейти к исследованию процесса формоизменения многослойных заготовок с учетом технологических факторов, существенно влияющих на качество готовых изделий и производительность процесса в целом.
При формовании многослойных оболочек особое внимание уделяют поведению материала на межслойных поверхностях и кромках. При этом необходимо учитывать межслойные напряжения и деформации поперечного сдвига, поскольку при изготовлении полых изделий из многослойных заготовок методом выдувного формования многослойные материалы подвержены межслойному разрушению.
По мере приближения к боковой поверхности изделия, межслойные напряжения возрастают, приводя к расслоению при пластическом деформировании и дальнейшей эксплуатации. Именно хорошая адгезия между слоями многослойных материалов, включая кромки, обеспечивает высокое качество и долговечность изделий из них..
Свойства многослойной структуры раздуваемой заготовки: перепад давления, пористость, вязкость, взаимопроникновение частиц в слое, интенсивность процессов тепло- и массопередачи зависят от параметров раздува и расхода воздуха. При исследовании процессов раздува под давлением в многослойной структуре необходимо располагать исчерпывающей информацией о поведении и адгезии таких слоев. Важнейшим параметром многослойной структуры является ее динамическое сопротивление. В результате деформации многослойного материала в выдувной форме возникает знакопеременный аэродинамический
напор, который оказывает существенное влияние на динамику адгезии многослойной структуры.
При раздуве многослойных полимерных структур в выдувной форме иглой необходимо учитывать, что воздух из иглы в замкнутом пространстве выходит с некоторой пульсацией.
Уравнения движения частиц полимерной структуры при раздуве материала потоком газа в выдувной форме через выдувную иглу запишутся так (рис. 1):
y
N\ f I
P
Рис.1. К выводу уравнений движения одиночной частицы полимера при раздуве Fig. 1. On the derivation of the equations of motion of a single polymer particle during blowing
d2x/dr2 = Аю2 cos ß sin ф — g sin a, d2y/dr2 = Аю2 sin ß cos ф — g cos a + Р / Gm, где А - амплитуда колебаний воздуха;
т - у гловая частота колебания воздуха;
Р - аэродинамическая сила давления потока воздуха на частицу многослойной структуры;
Gm - масса материала.
Условием движения частиц в выдувной форме при совместном воздействии на многослойную структуру потока воздуха через выдувную иглу является:
А ю2 = (gcosa - Р/т) [1 / (sin ф sin ß)]
Образованию адгезионного слоя удовлетворяет равенство:
Акр ю2кр= (g cos a + Р / GMy) [l /( sin ф sin ß)], где Акр, Юкр — критические амплитуда и угловая частота взаимопроникновения частиц каждого слоя.
Энергия, необходимая для перевода слоя в адгезионное состояние, подводится в этом случае одновременно воздухом, истекающего из иглы и потоком воздуха уже находящегося в объеме раздуваемой заготовки. Переход многослойной структуры в адгезионное состояние при наложении пульсации потока воздуха может происходить при скоростях газа, более низких, чем при обычной взаимодиффузии.
Рассмотрим методику, согласно которой адгезиоонная многослойная структура
аппроксимируется объемом воздуха, движущимся в совершающем гармонические колебания замкнутом пространстве многослойной полимерной заготовки в металлической выдувной форме (рис. 2). Для этого случая составлены уравнения, связывающие давление газа под многослойной структурой с ускорением движения этой структуры, объемом воздуха под тремя слоями и проницаемостью слоев.
P
a
Pi
Pi
При математическом описании процесса были допущены некоторые упрощения: вместо действительно имеющего место политропического процесса сжатия воздуха принят изотермический процесс; не учтены неровность поверхности
2
Рис.2. Адгезионная структура при раздуве в выдувной форме: 1 - выдувная форма; 2 - многослойная структура Fig.2. Adhesion structure when blown in a blow mold: 1 - blow mold; 2 - multilayer structure
полимерной структуры частиц и начальный объем газа в многослойной полимерной заготовке. При уточнении методики дополнительно учитывалась также возможность принудительной фильтрации газа через полимерный слой.
Если многослойная полимерная структура находится в движении (то< т < Tg ), то
d2 5 d2 x
—у + а-q + — + g =0;
dV
dv
(s + /)(1 - q)1 n = -P
f
\
K сл + K p • Pj / Pa
v Кл + Кр J
1/n
G;
(1)
dG / dv = (Ксл + Кр )Paq + Кр (Pj - Pa);
сл р/ а ^ р\ ] а)
Если многослойная полимерная структура находится в первоначальном состоянии (т^< т < То + Т),
s (1 - q)1/n = -P
f
\
К лЛ + К р • Pj / Pa v Ксл + КР J
1/n
G;
(2)
/ dт = (К сл + К р) Рад + К р (Р] - Ра);
Начальные и граничные условия для первого перемещения частиц многослойной структуры (начальный момент) имеют вид:
Т = Т„
q = q01 = ■
P - P К р (P - Pj )
p„
(КлЛ + К р )Pa
Т = т
о1
5 = 5о1 = 0.
т = т
о1
т = т
01.
ds / dv = (ds / dx)oX = 0; d2 s / dv2 = (d2 s / dv2)ol = 0;
а при практически имеющем место установившемся режиме уравнения (3) записываются как:
1
т = то, а = ао;
т = то, 5 = 5 о = 0
т = то, й.5 / йт = (й5 / йт)0 = 0;
т = то, й25/йт1 = (й2 5 / йт2)0 =
(2.16)
т = то, 5 = 5я = 0;
т = то, а = ая;
т = то + Тт а = ао;
Решением системы (1) является:
КР(Р -Р)
а =---—---+ С ехр
а (К сл + К р )Ра 1 р
(К л + К р) Рап
*
Р-5
/ \ 1/п
к сл + к р Р] / рЛ к„ + к.
(т-тя)
При расчетах можно ограничиться решением системы (1) при граничных условиях для первоначального движения многослойной структуры (3).
Система (1) легко преобразуется в одно уравнение:
Р
К„ + К.
Кл + К р Р] / Ра
а- п
(Ксл + К р ) Ра
( *\ й35 й5 й2а /
V5 + 5 /^Г + ~~т:т + 1а-п + Я)
а
й2 а й2 х
йт1 йР
Я
йт йт йт
+ Кр (Р1 - Ра ).
( *\ й 5 й5 й 5
-+ (5 + 5 )-- +--2
йт йт йт йт
\ й5
Я )—
(4)
Это уравнение, так же как и система (1), в общем виде неразрешимо. Однако в отдельных случаях можно пренебречь рядом членов, благодаря чему упрощенное уравнение становится разрешимым. В частности, при уменьшении толщины многослойной структуры величины Ксл=К*/И и а=Ра /(рн И) могут неограниченно возрастать, равно как и члены, их содержащие, остальными же членами можно пренебречь. Для рассматриваемого случая:
а =
а Л
Ла:
- Я +
а
а2 +Ь2а2 Ла2
бЦ ат о -у)
ехр
а
-Т (т-то) Ь
Ь =
у1а2 + Ь2 а2 (К сл + К р ) Ра
, К р (Ра - Р3 )
эгш ат - у) +--ехр
( (Ксл + Кр )Ра Р
а
--(т-то )
Ь
где
Р
К сл + К р Р} / Ра К сл + К р
1/п
(5)
у = аШя<
а
(К сл + К р) Ра
а
Р
К сл + К р Р} / Ра К„„ + К.
1/п
В уравнениях (1 - 5): А — амплитуда;
g — ускорение свободного падения; О — масса воздушной прослойки внутри заготовки; И — толщина полимерной структуры;
Ксл = К*/И;
Ксл - проницаемость полимерной структуры; КР — проницаемость воздушной прослойки;
X
1/
п
>
п —показатель политропы (для адиабатического сжатия п=1,4);
Ра, Р1, Р] — давления соответственно над структурой, под структурой и из иглы раздува; д=(Ра—Р1)/Ра — безразмерный перепад давления в структуре; 5* — начальная толщина газовой прослойки; 5, х — перемещения части структуры;
а = Рафик);
р — средняя плотность газа;
Ри — насыпная плотность материала;
Ри= Р1+ Р2+ Рз;
Р1, р2, р3 — насыпная плотность материала первого, второго и третьего слоев соответственно; т — время;
ю — круговая частота колебаний воздуха.
Такое же решение получают при п^-да (несжимаемый газ), однако сравнение значений Ксл, а и п показывает, что в действительности упрощение исходной системы уравнений (1) достигается только при больших значениях коэффициентов Ксл и а, что и объясняет хорошее соответствие эксперимента и теории при малых толщинах многослойной структуры и толщине каждого слоя.
Решение (5) является более общим и позволяет рассчитать давление как в многослойной структуре в целом так и в каждом отдельном слое, находящемся под действием только исходящего из иглы под давлением пульсирующим воздухом, так и в такой же структуре и слое, на который воздействуют и воздух из иглы, и поток воздуха в объеме раздуваемой заготовки.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ
Гармонические изменения давления в каждом отдельном слое и многослойной структуре в целом создает статическое разряжение под структурой, которое обусловливает «насосный эффект». Абсолютное значение статического перепада давления зависит от параметров пульсации воздуха из иглы, вязкости каждого полимера и геометрических параметров каждого слоя. С ростом
= 1 +1,894
1 -£„„ (
амплитуды пульсации воздуха при раздуве увеличиваются разрежение под слоем и перепад давлений. Пикам разряжения соответствует наибольший «насосный эффект» слоя, который способствует лучшей адгезии частиц в адгезионном слое.
На границах адгезионного соединения в многослойной структуре и изменения толщины каждого слоя существуют две характерные области: область возрастающего перепада давления и постоянных, а в некоторых случаях даже уменьшающихся, глубины и адгезионности, соответствующих раздуваемому слою; область постоянного перепада давления и возрастающей адгезионности, соответствующая
пульсораздуваемому слою. Переход из одной области в другую происходит плавно на некотором очень небольшом участке изменения скорости раздува. При дальнейшем увеличении скорости раздува в слое не образуются адгезионные узлы, и многослойная структура раздувается с плохим адгезионным соединением. Следует отметить, что скорость начала пульсораздува, например, для структур из вторичных полимеров, значительно ниже скорости раздува через ниппель.
Для расчета адгезионности раздуваемого слоя предложено уравнение:
2 2
82
Р (1 )
О,
м
а для пульсораздуваемого:
(1 )/(1 -е) = 0,19 + 0,33(^/Ч.в),
и е
где и'в — скорость начала пульсораздува; у и
еив
и — адгезионность уплотненного слоя и слоя в состоянии начала пульсораздува; уравнения справедливы при А=0,2 - 1,6 мм, ю=100 - 200 рад/с,
Аю2=(1,1 - 4,8) и до 1,8 м/с, dЭ = 2,44 - 4,25 мм.
Исследование взаимопроникновения
полимерных материалов в многослойной структуре проводили при толщинах слоя от 0,2 до 0,9 мм,
расходах твердой фазы до 68 кг/ч, скоростях раздува до 2,5 м/с и параметрах пульсации А = 5-10 мм, ю = 50-200 рад/с. Эквивалентный диаметр частиц dЭ составлял 0,5-2,0 мм.
Проникновение твердых частиц по толщине слоя происходило за счет движения частиц структуры, вызванного пульсацией воздуха из иглы и восходящим потоком воздуха. Для определения интенсивности взаимопроникновения составляли
баланс по «меченому» веществу. На основании полученного из материального баланса уравнения
Г - - Л
ln-
Sl
x — S7
■ = Wc
1 1
+ -
G1 G1
Vй 1 2 У
определяли скорость движения частиц в направлении другого слоя. В этом уравнении 51 = 02/(01 + а2); 5 = /(С1 + о2).
где О1 и О2 — масса частиц в верхней и нижней части слоя; х — концентрация твердых частиц.
Основное влияние на эффективность взаимопроникновения частиц по высоте слоя оказывают амплитуда и частота пульсаций. Полученные результаты можно представить в следующем виде:
Щ = 0,38(Аа2 /g){йэ /И)0,2,
где Щр — массовая скорость вертикального взаимопроникновения частиц; dэ — эквивалентный диаметр частиц, составляющий (0,5-2,0) 10 -6 м; И — толщина слоя.
ВЫВОДЫ
Для совершенствования конструктивных и технологических параметров, для создания новых методик расчета показателей процесса формования многослойных структур разработана
функциональная схема оборудования для комбинированной соэкструзии полых полимерных изделий с использованием устройства раздува.
Определена методика анализа динамического поведения многослойной оболочки, позволяющая определять критические интенсивности
напряжений и деформаций сдвига, при которых происходит качественное адгезионное соединение многослойной заготовки при раздуве.
На основании уравнений динамики раздува многослойных изделий, учитывающих
кинематические, динамические и энергетические условия на поверхностях соприкосновения слоев определены условия, обеспечивающие
пластическую деформацию соприкасающихся слоев полимерного материала и хорошую адгезию между слоями первичного и вторичного полимеров при максимальной производительности. Определено, что скорость деформации многослойной заготовки необходимо регулировать давлением раздува, а качественное адгезионное соединение слоев обеспечивать рационализацией процесса тепло- и массопереноса.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках научного проекта Р2Бв-2020-0030.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Model of creation a multilayer structure for production of building pipes/V. Dyadichev, A. Kolesnikov, A. Dyadichev, S. Menyukand E. Dyadicheva// MATEC Web Conf., VI International Scientific Conference "Integration, Partnership and Innovation in Construction Science and Education" (IPICSE-2018). - 2018, Vol. 251, Art. No 251 01006 Moscow, Russia, November 14-16, 2018 DOI: 10.1051/matecconf/201825101006.
2. В.В. Дядичев, А.В. Колесников, А.В. Дядичев Совершенствование экструзионного оборудования и технологии переработки вторичных комбинированных полимерных материалов и смесей // Динамика систем, механизмов и машин: Научный журнал. - Омск: Омский государственный технический университет, 2018. - С.162-167.
3. Lyubomirskiy N.V. Structuring of composite systems based on lime harden through carbonation and secondary limestone raw materials/ N.V. Lyubomirskiy,S.I.Fedorkin, A.S. Bakhtin, T.A. Bakhtina// Malaysian Construction Research Journal (MCRJ). - 2017, Vol. 23, No 3. - Рр. 15-26.
4. Fic S. The Influence of the Natural Aggregate Roughness on the ITZ Adhesion in Concrete/S. Fic, N.V. Lyubomirskiy, D. Barnat-Hunek// Materials Science Forum: «Materials and Technologies in Construction and Architecture. - 2018, Vol. 931. -Рр. 564-567.
5. Gusev A. Luminescent properties of zinc complexes of 4-formylpyrazolone based azomethineligands:Excitation-dependent emission in solution/ A. Gusev, V. Shul'gin, E. Braga, E. Zamnius, G. Starova, K. Lyssenko, I. Eremenko, W. Linert// Journal of Luminescence. - 2018, Vol. 202. - P. 370376.
6. Gusev A. Synthesis and photophysical properties of Zn(II) Schiff base complexes possessing strong solvent-dependent solid-state fluorescence/ A.N. Gusev, V.F. Shul'gin, E.V. Braga, I. Nemec, B.F. Minaev, G.V. Baryshnikov, Z. Travnicek, H. Agren, I.L. Eremenko, K. A. Lyssenko, W. Linert// Polyhedron. - 2018.
7. Shul'gin V. Tb(III) complexes with 1-phenyl-3-methyl-4stearoyl-pyrazol-5-one as a material for luminescence Langmuir-Blodgett films/ V. Shul'gin, N. Pevzner, A. Gusev, M. Sokolov, V. Panyushkin, J. Devterova, K. Kirillov, I. Martynenko, W. Linert// Journal of Coordination Chemistry. - 2018.
8. Yankovskaya V.S. Sorption of cobalt by extraction chromatographic resin on the base of di-(tert-butylbenzo)-18-crown-6/ V.S. Yankovskaya, I.I. Dovhyi, N. A. Bezhin, V.V. Milyutin, N. A. Nekrasova, S.V. Kapranov, V.F. Shulgin// Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry - 2018, Vol. 318, Issue 2. - Pр. 1085-1097.
9. В.В. Дядичев, А.В. Колесников, А.В. Дядичев, Е.А. Дядичева Модель формирования многослойной структуры заданного качества для процесса переработки вторичных строительных и полимерных материалов // Строительство и
техногенная безопасность N° 10 (62) - 2018: Научно-технический журнал по строительству и архитектуре - Симферополь: Антиква, 2018. - С. 97 - 102.
10. Малицкова Е.А., Потапов И.И. Переработка отходов пластмасс - М.: Авис Оригинал, 1997. -159 с.
11. Fogarty J., Rauwendaal C.J., Fogarty D., Rios A. Turbo-Screw, New Screw Design for Foam Extrusion, SPE ANTEC Techn. Papers - 2001.
12. Rauwendaal C. Polymer extrusion. - Munich, Hauser Garduer, 2001. - 777 p.
13. Pape J., Potente H., Obermann C. Influence of Model Simplifications on the Accuracy of Simulation Results in Single Screw Extruders / 15th Annual Meeting of the Polymer Processing Society, Den Bosch, the Netherlands. - 1999.
14. Grooved Feed Single Screw Extmders -Improving Productivity and Reducing Viscous Heating Effects. В. Davis et al., / Polym. Eng. Sci., 1998, vol 38, 7, - p. 1199.
15. Han C.D. Multiphase flow in polymer processing - New York: Academic Press. - 1981.
16. Elemans P. Enhancing Dry-Color Efficiency in Starve-Fed Injection Molding, 58th SPE ANTEC, -2000. - Pр. 2582-2586.
17. Швецов П.А. Технология переработки пластических масс. - М.: Химия, 1988. - 462 с.
REFERENCES
1. Model of creation a multilayer structure for production of building pipes/V. Dyadichev, A. Kolesnikov, A. Dyadichev, S. Menyukand E. Dyadicheva// MATEC Web Conf., VI International Scientific Conference "Integration, Partnership and Innovation in Construction Science and Education" (IPICSE-2018). - 2018, Vol. 251, Art. No 251 01006 Moscow, Russia, November 14-16, 2018.
2. V.V. Dyadichev, A.V. Kolesnikov, A.V. Dyadichev Improvement of extrusion equipment and technology for processing secondary combined polymer materials and mixtures // Dynamics of systems, mechanisms and machines: A scientific journal. -Omsk: Omsk State Technical University, 2018. -pp.162-167.
3. Lyubomirskiy N.V. Structuring of composite systems based on lime harden through carbonation and secondary limestone raw materials/ N.V. Lyubomirskiy,S.I.Fedorkin, A.S. Bakhtin, T.A. Bakhtina// Malaysian Construction Research Journal (MCRJ). - 2017, Vol. 23, No 3. - Pр. 15-26.
4. Fic S. The Influence of the Natural Aggregate Roughness on the ITZ Adhesion in Concrete/S. Fic, N.V. Lyubomirskiy, D. Barnat-Hunek// Materials Science Forum: «Materials and Technologies in Construction and Architecture. - 2018, Vol. 931. -Pр. 564-567.
5. Gusev A. Luminescent properties of zinc complexes of 4-formylpyrazolone based azomethineligands:Excitation-dependent emission in solution/ A. Gusev, V. Shul'gin, E. Braga, E. Zamnius, G. Starova, K. Lyssenko, I. Eremenko, W. Linert// Journal of Luminescence. - 2018, Vol. 202. - P. 370376.
6. Gusev A. Synthesis and photophysical properties of Zn(II) Schiff base complexes possessing strong solvent-dependent solid-state fluorescence/ A. N. Gusev, V. F. Shul'gin, E.V. Braga, I. Nemec, B.F. Minaev, G.V. Baryshnikov, Z. Travnicek, H. Agren, I.L. Eremenko, K. A. Lyssenko, W. Linert // Polyhedron. - 2018.
7. Shul'gin V. Tb(III) complexes with 1-phenyl-3-methyl-4stearoyl-pyrazol-5-one as a material for luminescence Langmuir-Blodgett films/ V. Shul'gin, N. Pevzner, A. Gusev, M. Sokolov, V. Panyushkin, J. Devterova, K. Kirillov, I. Martynenko, W. Linert// Journal of Coordination Chemistry. - 2018.
8. Yankovskaya V.S. Sorption of cobalt by extraction chromatographic resin on the base of di-(tert-butylbenzo)-18-crown-6/ V.S. Yankovskaya, I.I. Dovhyi, N. A. Bezhin, V.V. Milyutin, N. A. Nekrasova, S.V. Kapranov, V. F. Shulgin// Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry - 2018, Vol. 318, Issue 2. - Pp. 1085-1097.
9. V.V. Dyadichev, A.V. Kolesnikov, A.V. Dyadichev, E.A. Dyadicheva Model of formation of a multilayer structure of a given quality for the process of processing secondary construction and polymer materials // Construction and technogenic safety No. 10 (62) - 2018: Scientific and Technical Journal of Construction and Architecture - Simferopol: Antiqua, 2018. - p. 97 - 102.
10. Malitskova E.A., Potapov I.I. Recycling of plastic waste - M.: Avis Original, 1997. - 159 p.
11. Fogarty J., Rauwendaal C.J., Fogarty D., Rios A. Turbo-Screw, New Screw Design for Foam Extrusion, SPE ANTEC Techn. Papers - 2001.
12. Rauwendaal C. Polymer extrusion. - Munich, Hauser Garduer, 2001. - 777 p.
13. Pape J., Potente H., Obermann C. Influence of Model Simplifications on the Accuracy of Simulation Results in Single Screw Extruders / 15th Annual Meeting of the Polymer Processing Society, Den Bosch, the Netherlands. - 1999.
14. Grooved Feed Single Screw Extmders -Improving Productivity and Reducing Viscous Heating Effects. B. Davis et al., / Polym. Eng. Sci., 1998, vol 38, 7, - Pp. 1199.
15. Han C.D. Multiphase flow in polymer processing - New York: Academic Press. - 1981.
16. Elemans P. Enhancing Dry-Color Efficiency in Starve-Fed Injection Molding, 58th SPE ANTEC, -2000. - Pp. 2582-2586.
17. Shvetsov P.A. Technology of plastic mass processing. - M.: Chemistry, 1988. - 462 p.
CrpoHTeflbCTBO HTexH0reHHaa6e30nacH0CTbN°26(78) -2022
INVESTIGATION OF THE CREATION OF A HIGH-QUALITY ADHESIVE JOINT DURING DEFORMATION OF A MULTILAYER BILLET IN THE PROCESS OF BLOWING UP
CONSTRUCTION PRODUCTS
Dyadichev V.V., Menuk S.G., Dyadichev A.V., Dyadicheva E.A.
1 V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Pavlenko Street 3, Simferopol, 295000, Russian Federation mr.dyadichev@mail.ru, adyadichev@mail.ru, dyadicheva-e@mail.ru
Abstract: the article analyzes the relevance of the use of secondary polymer raw materials in new construction products. The main stages of processing of secondary polymers are considered. Special prospects for the use of co-extrusion technology with subsequent blowing are noted. The calculation of the adhesion of a multilayer billet for various loading schemes is carried out. The stress-strain state in the process of blowing up a billet consisting of three layers, of which two outer layers consist of a primary polymer, and the inner one consists of a polymer obtained in the process of waste processing.
Subject: the main way to obtain polymer products with specified properties is the construction of multilayer polymer materials. In addition, the use of multilayering expands the possibilities of recycling polymer products, when an inner layer is formed from the waste of polymer materials in a multilayer system and thereby solves the environmental problem of waste recycling. The article suggests the use of the extrusion method followed by blowing, as one of the most effective shaping methods of molding construction products using a number of related technologies. The method is based on continuous plasticization of the polymer in several extruders with further production of a multilayer billet in the form of a pipe and cyclic molding in a mold by pumping compressed air into the billet. The aim of the work is to study the creation of a high-quality adhesive joint during deformation of a multilayer billet in the process of blowing.
Materials and methods: the properties of the multilayer structure of the billet being inflated: pressure drop, porosity, viscosity, interpenetration of particles in the layer, the intensity of heat and mass transfer processes depend on the parameters of inflating and air flow. When studying the processes of inflating under pressure in a multilayer structure, it is necessary to have comprehensive information about the behavior and adhesion of such layers. The most important parameter of a multilayer structure is its dynamic resistance. As a result of the deformation of the multilayer material in the blown form, an alternating aerodynamic pressure arises, which has a significant effect on the adhesion dynamics of the multilayer structure.
Results: to improve the design and technological parameters, to create new methods for calculating the parameters of the molding process of multilayer structures, a functional scheme of equipment for combined co-extrusion of hollow polymer products using a special blowing device has been developed. A technique for analyzing the dynamic behavior of a multilayer shell is defined, which allows determining the critical intensities of stresses and shear deformations at which a high-quality adhesive joint of a multilayer billet occurs during blowing. Based on the equations of the dynamics of the blow-up of multilayer products, taking into account the kinematic, dynamic and energy conditions on the contact surfaces of the layers, the conditions ensuring plastic deformation of the contacting layers of the polymer material and good adhesion between the layers of primary and secondary polymers at maximum performance are determined.
Conclusions: it is determined that the deformation rate of the multilayer billet must be regulated by the inflating pressure, and the high-quality adhesive connection of the layers should be provided by rationalizing the heat and mass transfer process. Key words: secondary polymer materials, co-extrusion, adhesion, stress-strain state, visco-plastic model, deformation rate, inflating pressure.
