Тепловые эффекты при перемешивании полимеров, наполненных короткими волокнами | Механика | композиционных | материалов и конструкций
> Том 22 > №2 / 2016 / Страницы: 149-158

Тепловые эффекты при перемешивании полимеров, наполненных короткими волокнами

Аннотация:

Процесс перемешивания наполненных полимерных систем требует больших затрат энергии. Механическая энергия в условиях объёмной деформации превращается в тепло. Присутствие наполнителя приводит к тому, что разогрев происходит не только в объёме полимерного связующего, но и в окрестности поверхности наполнителя. Это может привести к значительному локальному перегреву и изменению свойств полимерной композиции за счёт термической деструкции у поверхности наполнителя и проявиться в изменении качественных показателей готового изделия. Кроме того, инструментальными методами измерить локальную температуру диссипативного разогрева практически невозможно. Поставлена и решена задача нестационарной теплопроводности для композитной системы, наполненной короткими волокнами. Для описания реологических свойств сплошной среды использовалась модель Оствальда-де Виля. Рассмотрен случай аксиального движения волокна в топологической трубке. На поверхности топологической трубки использовалось граничное условие Саффмана. На поверхности волокна проскальзывание отсутствует. Решена задача течения, найден профиль скорости. Температурное поле описывается уравнением Фурье-Кирхгофа. Учитывалась теплопроводность в радиальном направлении и диссипативное тепловыделение. Теплофизические свойства наполнителя и сплошной среды идентичны и не зависят от температуры. Это позволило сопряжённую задачу свести к обычной задаче нестационарной теплопроводности. Использовалось интегральное преобразование Ханкеля. Решение получено в виде ряда Фурье-Бесселя. Выполнен численный анализ математической модели для псевдопластичной, дилатантной и ньютоновской матрицы. Представлены картины эволюции температурного поля. На основании полученных результатов обнаружен «эффект экранирования», который заключается в замедлении нагрева связующего непосредственно у поверхности волокна за счёт теплоотвода со стороны наполнителя. Приведена инженерная оценка повышения температуры для конкретных технологических условий перемешивания резины, наполненной короткими волокнами.

22