Экструзия и последующая переработка.
Визуализация процессов с помощью виртуальной реальности
В области переработки полимеров, как и в других областях, где имеют значение феномены потока, численные методы дополняют или заменяют традиционный эксперимент. С увеличением комплексности проводимых в настоящее время имитаций растут требования к методам, с помощью которых визуализируются результаты таких имитаций. Прежде всего, при анализе комплексных нестационарных феноменов все более востребованной становится возможность интерактивного исследования результатов имитации в трехмерном пространстве. Виртуальная реальность (ВР) - это создаваемая компьютером среда, которую наблюдатель ощущает как реальную и с которой он может взаимодействовать. В рамках совместного проекта Института по переработке полимеров и вычислительного центра Рейнско-Вест-фальского технического университета (RWTH) разрабатываются методы виртуальной реальности для специфических требований анализа процессов предварительной подготовки в области полимерных технологий. В отличие от других областей применения имитации потоков, для этой проблемы характерны нестационарные и ламинарные потоки. Такие специфические требования делают необходимой разработку новых методов взаимодействия и быстрой визуализации, обеспечивающих рациональную поддержку всего процесса определения параметров и имитации двухшнековых экструдеров. Первым важным шагом была разработка прототипа, который делает возможной поддержку процесса определения параметров в виртуальной среде.
Во время программы осмотра, по окончании второго дня коллоквиума, посетители получили возможность посетить систему CAVE (Cave Automatic Virtual Environment) вычислительного центра RWTH - Ахен. Она представляет собой проекционное помещение с пятью проекционными поверхностями и предназначена для получения непосредственного представления о возможностях ВР при имитации процесса экструзии. Специалисты из промышленности и исследовательских организаций ознакомились со специфическими элементами визуализации и управления конфигурацией экструдера, а также со способом использования поверхности среза и изоповерхности для изучения области смешения, способами использования метода анимации частиц для отображения процессов смешения (рис. 1). 
Переработка невысушенного ПЭТ
В промышленности пластмасс переработка невысушенного ПЭТ на параллельных двухшнековых экструдерах с дегазацией расплава на протяжении нескольких лет соответствует современному уровню техники. Ноодношнековый экструдер также полностью оправдал себя в качестве машины для дегазации; по меньшей мере, это показали обширные результаты исследований IKV по этой теме.
Доклад «Переработка полиэтиленте-рефталата на одношнековом экструдере с системой дегазации» подробно осветил влияние влагосодержания, а также производственных, технологических и геометрических параметров на снижение молекулярной массы при прямой переработке различных типов ПЭТ на одношнековом экструдере с системой дегазации. Энергобаланс показывает, что дегазация может значительно сократить энергопотребление по сравнению с предварительной сушкой ПЭТ
IKV намерен расширить исследовательские работы по этой теме. Так, наряду с ПЭТ, без предварительной сушки предполагается перерабатывать также полиамид, как самый значимый технический полимер. Кроме того, запланирована разработка способа регулирования молекулярной массы, что несмотря на колебания входной влажности, должно обеспечить неизменное качество продукции. В экспериментальном цехе была продемонстрирована установка по непрерывному производству пленки ПЭТ из невысушенного сырья, вызвавшая особенно живой интерес посетителей.
Поведение армированных термопластов при разрушении
Доклад «Повышение эффективности при разработке изделий - прогнозирование поведения при разрушении» представил новые и очень интересные результаты по переносу теории прочности Пака на армированные волокном термопласты, более корректному описанию процесса разрыва волокна. Несмотря на специфику, тема вызвала большой резонанс.
Экспериментальным путем удалось подтвердить, что теории прочности Пака, в основе которых лежит допущение хрупкого поведения материала, можно также перенести на армированные волокном полимеры с термопластичной матрицей с пластичным поведением материала (рис. 2). Этот основополагающий вывод дает возможность впервые измерить прочность армированных волокнами термопластов посредством прогрессивного критерия Пака.  Рис. 2: Доказанный хрупкий излом при поперечной нагрузке AS4/PA12 /
В работах по влиянию сдвига на волокнистый излом при растягивающей нагрузке также сделаны интересные и важные выводы. Показано, что толкование по еще распространенному в настоящее время критерию максимального напряжения может дать результаты, которые при растягивающей нагрузке не являются достаточно корректными. Заложены основы нового, нуждающегося в определении, критерия волокнистого излома в обусловленной уровнем воздействия теории прочности.
Технология щелевой пропитки
Представленная технология щелевой пропитки - это новая и инновационная производственная технология, обладающая значительными преимуществами по сравнению с такими устоявшимися методами, как инжекция -(resin transfer moulding - RTM) и заливка смолы (resin infusion - RI). За счет применения временной щели для заливки в сочетании со специально разработанной концепцией закрытия, метод позволяет значительно сократить время цикла и при этом практически полностью избежать производственных отходов. Всего 45 секунд требуется для полной пропитки и отверждения детали общей длиной 800 мм (рис. 3). Для сравнения: при пропитке слоистого пластика со  Рис. 3 Исследование наполнения плиты длиной 800 мм в процессе щелевой пропитки: длина пути течения 800 мм, перепад давления литник-отсос 1 бар, содержание волокнистого наполнителя -55%. сравнимыми параметрами способом RTM и использованием высоких давлений впрыска, процесс пропитки занимает не менее 45 минут. Т.е. технология щелевой пропитки сокращает затрачиваемое время в 60 раз! Кроме того, эта технология позволяет быстро перерабатывать насыщенные наполнителями матричные системы высокой вязкости без эффекта отфильтровывания. Перечисленное заключает в себе большой потенциал повышения рентабельности при производстве высококачественных деталей из армированных волокном полимеров. Таким образом, сделаны первые шаги в направлении процесса крупносерийного производства.
Большой интерес к этой теме проявился в дискуссиях с участниками коллоквиума, состоявшихся после докладов и на испытательных стендах во время осмотра IKV(pиc. 4). 
Рис. 4: Осмотр установки щелевой пропитки для армированных волокном полимеров в экспериментальном цехе IKV. Расчет параметров фасонных деталей/материаловедение
Главным событием по теме «Расчет параметров фасонных деталей/материаловедение» можно назвать семинар «Акустические параметры - вызов не только в автомобилестроении», который встретил живой интерес среди участников. Акустические параметры пластмассовых деталей стали важной темой в сфере разработки изделий из-за ужесточения предписаний закона по звукоизоляции, ущерба, наносимого народному хозяйству шумовым загрязнением, и не в последнюю очередь из-за возросших требований клиентов к шумовым характеристикам. Основой дискуссии, в которой приняли участие около 50 человек, были три вводных реферата научных сотрудников института и два доклада практиков по темам «Имитация корпусного шума», «Влияние материала на акустическое поведение систем впуска» и «Психоакустика».
Institut fur Kunststoffverarbeitung (IKV)
an der RWTH Aachen
Pontstraβe 49, D-52062 Aachen
www.ikv.rwth-aachen.de |
