1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Вулканизация элементарной серой.

1.1.1. Взаимодействие серы с ускорителями и активаторами.

1.1.2. Вулканизация каучука серой без ускорителя.

1.1.3. Вулканизация каучука серой в присутствии ускорителя.

1.1.4. Механизм отдельных стадий серной вулканизации в присутствии ускорителей и активаторов.

1.1.5. Вторичные реакции полисульфидных поперечных связей. Явления поствулканизации (перевулканизации) и реверсии.

1.1.6. Кинетическое описание процесса серной вулканизации.

1.2. Модификация эластомеров химическими реагентами.

1.2.1. Модификация фенолами и донорами метиленовых групп.

1.2.2. Модификация полигалоидными соединениями.

1.3. Структурирование циклическими производными тиомочевины.

1.4 Особенности структуры и вулканизации смесей эластомеров.

1.5. Оценка кинетики неизотермической вулканизации в изделиях.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Объекты исследования

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Исследование свойств резиновых смесей и вулканизатов.

2.2.2. Определение концентрации поперечных связей.

2.3. Синтез гетероциклических производных тиомочевины.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ И ОБСУЖДЕНИЕ

РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1. Изучение кинетических особенностей формирования вулканизационной сетки под действием серных вулканизующих систем.

3.2. Влияние модификаторов на структурирующее действие серных вулканизующих систем.

3.3 Кинетика вулканизации резиновых смесей на основе разнополярных каучуков.

3.4. Проектирование процессов вулканизации эластомерных изделий.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование кинетики вулканизации диеновых каучуков комплексными структурирующими системами»

Качество резиновых изделий неразрывно связано с условиями формирования в процессе вулканизации оптимальной структуры пространственной сетки, позволяющей максимально реализовать потенциальные свойства эластомерных систем. В работах Б. А. Догадкина, В. А. Шершнева, Е. Э. Потапова, И. А. Туторского, JI. А. Шуманова, Тарасовой З.Н., Донцова A.A., W. Scheele, A.Y. Coran и др. ученых установлены основные закономерности течения процесса вулканизации, основанные на существовании сложных, параллельно-последовательных реакций сшивания эластомеров с участием низкомолекулярных веществ и активных центров - действительных агентов вулканизации.

Актуальными являются работы, продолжающие это направление, в частности в области описания вулканизационных характеристик эластомерных систем, содержащих комбинации ускорителей, агентов вулканизации, вторичных структурирующих агентов и модификаторов, совулканизации смесей каучуков. Различным подходам в количественном описании сшивания каучуков уделено достаточно внимания, однако изыскание схемы, которая максимально учитывает теоретическое описание кинетики действия структурирующих систем и экспериментальные данные заводских лабораторий, полученные в различных температурно-временных условиях, является актуальной задачей.

Это обусловливается большой практической значимостью методов расчета скорости и параметров процесса неизотермической вулканизации эластомерных изделий, в том числе методом компьютерного проектирования по данным ограниченного лабораторного эксперимента. Решение проблем, позволяющих достигать оптимальные эксплуатационные свойства в ходе производственных процессов вулканизации шин и резинотехнических изделий, в значительной степени зависит с совершенствованием методов математического моделирования неизотермической вулканизации применяемых в системах автоматизированного управления.

Рассмотрение проблем серной вулканизации, определяющих физико-химические и механические свойства вулканизатов, касающиеся кинетики и механизма реакции формирования и распада структуры поперечных связей вулканизационной сетки имеет очевидное практическое значение для всех специалистов связанных с переработкой каучуков общего назначения.

Возросший уровень упруго - прочностных, адгезионных свойств резин, диктуемый современными тенденциями в конструировании, не может быть достигнут без широкого применения в рецептуре модификаторов полифункционального действия, являющихся, как правило, вулканизующими соаген-тами, оказывающих влияние на кинетику серной вулканизации, характер образующейся пространственной сетки.

Исследование и расчет процессов вулканизации в настоящее время базируется во многом на экспериментальном материале, эмпирических и графоаналитических методах расчетов, которые до настоящего времени не нашли достаточного обобщенного анализа. Во многих случаях вулканизацион-ная сетка образована химическими связями нескольких типов неоднородно распределенными между фазами. В тоже время сложные механизмы межмолекулярного взаимодействия компонентов с образованием физических, координационных и химических связей, образования нестабильных комплексов и соединений, крайне осложняют описание процесса вулканизации, приводя многих исследователей к построению аппроксимаций для узких интервалов варьирования факторов.

Целью работы является исследование, уточнение механизма и кинетики нестационарных процессов, протекающих при вулканизации эластомеров и их смесей, разработка адекватных методов математического описания процесса вулканизации многокомпонентными модифицирующими структурирующими системами, в том числе шин и многослойных резинотехнических изделий, установление факторов, влияющих на отдельные стадии процесса в присутствии вторичных структурирующих систем. Разработка на этой основе методик вариантно-оптимизационных расчетов вулканизационных характеристик композиций на основе каучуков и их комбинаций, а также параметров их вулканизации.

Практическая значимость. Многокритериальная задача оптимизации впервые сводится к решению обратной кинетической задачи с применением 6 методов планирования кинетических экспериментов. Разработаны модели, позволяющие целенаправленно оптимизировать состав структурно-модифицирующих систем конкретных шинных резин и достигать максимальный уровень упруго-жесткостных свойств в готовых изделиях.

Научная новизна. Многокритериальная задача оптимизации процесса вулканизации и прогнозирования качества готовой продукции предлагается решения обратной химической задачи с применением методов планирования кинетических экспериментов. Определение параметров процесса вулканизации позволяет эффективно проводить управление и регулирование в нестационарной области

Апробация работы проводилась на Российских научных конференциях в Москве (1999), Екатеринбурге (1993), Воронеже (1996) и научно-технических конференциях ВГТА 1993-2000 годов.

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Молчанов, Владимир Иванович

1. Теоретически и практически обоснована схема, описывающая закономерности серной вулканизации диеновых каучуков, на основе дополнения известных уравнений теории индукционного периода реакциями образования, деструкции полисульфидных связей и модификации макромолекул эластомеров. Предложенная кинетическая модель позволяет описать периоды: индукционный, сшивания и реверсии вулканизации резин на основе изопренового и бутадиеновых каучуков и их комбинаций в присутствии серы и сульфенамидов, влияние температуры на модули вулканизатов.

2. Рассчитаны константы и энергии активации всех стадий процесса серной вулканизации в предложенной модели путем решения обратных кинетических задач полиизотермным методом, и отмечено их хорошее совпадение с литературными данными полученными другими методами. Соответствующий выбор параметров модели позволяет описать с ее помощью основные типы кинетических кривых.

3. На основе анализа закономерностей образования и деструкции сетки поперечных связей дано описание зависимости скорости процесса вулканизации эластомерных композиций от состава структурирующих систем.

4. Определены параметры уравнений предложенной схемы реакций для описания серной вулканизации в присутствии модификатора РУ и гексола. Установлено, что с увеличением относительной концентрации модификаторов возрастает содержание и скорость образования стабильных поперечных связей. Использование модификаторов не оказывает значимого влияния на образование полисульфидных связей. Скорость распада полисульфидных узлов вулканизационной сетки не зависит от концентрации компонентов структурирующей системы.

5. Установлено, что зависимости крутящего момента, измеренного на реометре, и условного напряжения при низких удлинениях от соотношения полихлоропренового и бутадиен-стирольного каучуков в эластомерных композициях свулканизованных, наряду с металлооксидной, серной вулканизующими системами, не всегда могут быть описаны гладкой кривой. Лучшая оценка зависимости условного напряжения от соотношения фаз каучуков в композиции, полученной при использовании в качестве ускорителя альтакса, описывается кусочно-непрерывной аппроксимацией. При средних значениях объемных соотношений фаз (а = 0,2 - 0,8) использовано уравнение Дэвиса для взаимопроникающих полимерных сеток. При концентрациях ниже порога перколяции (а =0,11 - 0,19) эффективные модули композиции вычисляли по уравнению Такаянаги основанному на представлении о параллельном расположении анизотропных элементов дисперсной фазы в матрице.

6. Показано, что циклические производные тиомочевины увеличивают число связей на границе раздела эластомерных фаз, условное напряжение при удлинении композиции и изменяют характер зависимости модуля от соотношения фаз по сравнением с альтаксом. Лучшая оценка концентрационной зависимости условного напряжения получена с использовании логистической кривой при низкой плотности поперечных связей и логарифмической кривой - при высоких.

8. Разработаны модульные программы для расчета кинетических констант по предложенным моделям, расчета температурных полей и степени вулканизации в толстостенных изделиях. Разработанный пакет программ позволяет выполнять расчеты технологических режимов вулканизации на стадии проектирования изделия и создания рецептур.

9. Разработаны методики расчета процессов нагрева и вулканизации многослойных резиновых изделий по вычисленным кинетическим константам предложенных кинетических моделей вулканации.

Точность совпадения расчетных и экспериментальных данных соответствует предъявляемым требованиям.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Молчанов, Владимир Иванович, 2000 год

1. Догадкин Б.А., Донцов A.A., Шершнев В.А. Химия эластомеров.1. М.:Химия, 1981.-376 с.

2. Донцов A.A. Процессы структурирования эластомеров.- М.:Химия,1978.-288 с.

3. Кузьминский A.C., Кавун С.М., Кирпичев В.П. Физико-химическиеосновы получения, переработки и применения эластомеров.-М.:Химия, 1976.- 368 с.

4. Шварц А.Г., Фроликова В.Г., Кавун С.М., Алексеева И.К. Химическая модификация резин // В сб. научн. трудов "Пневматические шины из синтетического каучука" -М.: ЦНИИТЭнефтехим.-1979.- С.90

5. Мухутдинов А. А. Модификация серных вулканизующих системи ихкомпонентов: Тем. обзор.-М.:ЦНИИТЭнефтехим.-1989.-48 с.

6. Гаммет Л. Основы физической органической химии.1. М.:Мир, 1972.- 534 с.

7. Гофманн В. Вулканизация и вулканизующие агенты.-Л.: Химия,1968.-464 с.

8. Campbell R. Н., Wise R. W. Vulcanization. Part 1. Fate of Curing

9. System During the Sulfer Vulcanization of Natural Rubber Accelerated by Benzotiazole Derivatives//Rubber Chem. and Technol.-1964.-V. 37, N 3.- P. 635-649.

10. Донцов A.A., Шершнев В.А. Коллоидно-химические особенности вулканизации эластомеров. // Материалы и технология резиновогопроизводства.- М.,1984. Препринт А4930 (Межд. конф. по каучукуи резине. Москва, 1984 г.)

11. Sheele W., Kerrutt G. Vulcanization of Elastomers. 39. Vulcanization of

12. Natural Rubber and Synthetic Rubber by Sulfer and Sulfenamide. II //Rubber Chem. and Technol.-1965.- V. 38, N 1.- P.176-188.

13. Кулезнев B.H. // Коллоид, журнал.- 1983.-T.45.-N4.-C.627-635.

14. MoritaE., Young E. J. //Rubber Chem. and TechnoL-1963.-V. 36, N 4.1. P. 834-856.

15. Лыкйн A.C. Исследование влияния структуры вулканизационной сетки на эластичность и прочностные свойства резин// Коллоид.журнал.-1964.-Т.ХХУ1.-М6.-С.697-704.

16. Донцов A.A., Тарасова З.Н., Шершнев В.А. // Коллоид, журнал.1973.-T.XXXV.- N2.-C.211-224.

17. Донцов A.A., Тарасова З.Н., Анфимов Б.Н., Ходжаева И.Д. //Докл.

18. АН CCCP.-1973.-T.213.-N3.-C.653 656.

19. Донцов A.A., ЛякинаС.П., Добромыслова A.B. //Каучук и резина.1976.-N6.-C.15-18.

20. Донцов A.A., Шершнев В.А. Коллоидно-химические особенности вулканизации эластомеров. // Журн. Всес. хим. общ. им. Д.И.Менделеева, 1986.-T.XXXI.-N1.-C.65-68.

21. Мухутдинов А.А., Зеленова В.Н. Использование вулканизующей системы в виде твердого раствора. // Каучук и резина. 1988.-N7.-С.28-34.

22. Мухутдинов А.А., Юловская В.Д., Шершнев В.А., Смольянинов С.А.

23. О возможности уменьшения дозировки оксида цинка в рецептуре резиновых смесей. // Там же.- 1994.-N1.-C.15-18.

24. Campbell R. Н., Wise R. W. Vulcanization. Part 2. Fate of Curing System During the Sulfer Vulcanization of Natural Rubber Accelerated by Benzotiazole Derivatives //Rubber Chem. and Technol.-1964.- V. 37, N 3.- P. 650-668.

25. ТарасовД.В., Вишняков И.И., Гришин B.C. Взаимодействие сульфенамидных ускорителей с серой в температурных условиях, моделирующих режим вулканизации.// Каучук и резина.-1991.-№5.-С 39-40.

26. Гонтковская В.Т., Перегудов А.Н., Гордополова И.С. Решение обратных задач теории неизотермических процессов методом экспоненциальных множителей / Математические методы в химической кинетике.- Новосибирск: Наук. Сиб. отделение, 1990. С.121-136

27. Butler J., Freakley Р.К. Effect of humidity and water content on the curebehavior of a natural rubber accelerated sulfer compounds // Rubber Chem. and Technol. 1992. - 65, N 2. - C. 374 - 384

28. Geiser M., McGill WJ Thiuram-Accelerated sulfer vulcanization. II. Theformation of active sulfurating agent. // J. Appl. Polym. Sci. 1996. - 60, N3. - C.425-430.

29. Bateman L. e.a. The Chemistry and Physics of Rubber-like Substances /N.Y.: McLaren & Sons., 1963,- P. 449-561

30. Sheele W., Helberg J. Vulcanization of Elastomers. 40.Vulcanization of

31. Natural Rubber and Synthetic Rubber with Sulfer in Presence of

32. Sulfenamides. Ill //Rubber Chem. and Technol.-1965.- V. 38, N l.-P. 189-255

33. Gronski W., Hasenhinde H., Freund В., Wolff S. High resolutionsolidstate 13C NMR studies of the crosslink structure in accelerated sulfer vulcanized natural rubber //Kautsch. und Gummi. Kunstst.-1991.- 44, № 2.-C. 119-123

34. Coran A.Y. Vulcanization. Part 5. The formation of crosslincs in the system: natural rubber-sulfer-MBT-zink ion // Rubber Chem. and Techn., 1964.- V.37.- N3. -P.679-688.

35. Шершнев В.А. О некоторых аспектах серной вулканизации полидиенов // Каучук и резина, 1992.-N3.-C. 17-20,

36. Chapman A.V. The influence of excess zink stearate on the chemistry ofsulfer vulkanization of natural rubber // Phosph.,Sulfer and Silicon and Relat. Elem.-1991.V.-58-59 №l-4.-C.271-274.

37. Coran A.Y. Vulcanization. Part 7. Kinetics of sulfer vulcanization of natural rubber in presence of delayed-action accelerators // Rubber Chem. and Techn., 1965.-V.38.-N1.-P.l-13.

38. Kok С. M. The effects of conpounding variables on the reversion orocess in the sulphur vulcanization of natural rubber. // Eur. Polum. J.",-1987, 23, №8, 611-615

39. Krejsa M.R., Koenig J.L. Solid state carbonCo NMR studiesof elastomers XI.N-t-bytil beztiazole sulfenamide accelerated sulfer vulcanizationof cis-polyisoprene at 75 MHz // Rubber Chem. and Thecnol.-1993.- 66,Nl.-C.73-82

40. Кавун С. M., Подколозина М.М., Тарасова З.Н. // Высокомол. соед.-1968.- Т. 10.-N8.-C.2584-2587

41. Вулканизация эластомеров. / Под ред. Аллигера Г., Сьетуна И. -М.: Химия, 1967.-С.428.

42. Blackman E.J., McCall Е.В. //Rubb. Chem. Technol. -1970. -V. 43, N 3.1. P. 651-663.

43. Lager R. W. Recuring vulcanizates. I. A novel way to study the mechanism of vulcanization // Rubber Chem. and Technol.- 1992. 65, N l.-C. 211-222

44. Nordsiek K.N. Rubber microstructure and reversion. "Rubber 87: Int.Rubber Conf., Harrogate,1-5 June,1987. Pap." London,1987, 15A/1-15A/10

45. Гончарова JI.T., Шварц А.Г. Общие принципы создания резин для интенсификации процессов шинного производства.// Сб. научн. трудов Пневматические шины из синтетического каучука.- М.-ЦНИИТЭнефтехим.-1979. С.128-142.

46. Yang Qifa Анализ кинетики вулканизации бутилкаучука.// Hesheng xiangjiao gongye = China Synth. Rubber Ind. 1993.- 16, №5. c.283 -288.

47. Ding R., Leonov A. J., Coran A.Y. A study of the vulcanization kinetics of in accelerated-sulfer SBR compound /.// Rubb. Chem. and Technol. 1996. 69, N1. - C.81-91.

48. Ding R., Leonov A. Y. A kinetic model for sulfur accelerated vulcanization of a natural rubber compound // J. Appl. Polym. Sci. -1996. 61, 3. - C. 455-463.

49. Аронович Ф.Д. Влияние вулканизационных характеристик на надежность интенсифицированных режимов вулканизации толстостенных изделий// Каучук и резина.-1993.-N2.-C.42-46.

50. Пиотровский К.Б., Тарасова З.Н. Старение и стабилизация синтетических каучуков и вулканизатов.-М.: Химия, 1980.-264 с.

51. Пальм В.А. Основы количественной теории органических реакций1. Л.-Химия.-1977.-360 с

52. Туторский И.А., Потапов Е.Э., Сахарова Е.В. Исследование механизма взаимодействия полихлоропрена с молекулярными комплексами диоксифенолов и гексаметилентетрамина. //

53. Материалы и технология резинового производства.- Киев., 1978. Препринт А18 (Межд. конф. по каучуку и резине. М.: 1978 .)

54. Туторский И.А., Потапов Е.Э., Шварц А.Г., Модификация резин соединениями двухатомных фенолов// Тем. обзор. М.: ЦНИИТЭ нефтехим, 1976.-82 С.

55. Кравцов Е.И., Шершнев В.А.,Юловская В.Д.,Мирошников Ю.П.// Коллоид. журнал.-1987.-Т.49ХЫХ.-М.-5.-С.1009-1012.

56. Туторский И.А., Потапов Е.Э., Шварц А.Г. Химическая модификация эластомеров М.-Химия 1993 304 с.

57. В.А. Шершнев, А.Г. Шварц, Л.И. Беседина. Оптимизация свойств резин, содержащих в составе вулканизующей группы гексахлорпараксилол и окись магния.//Каучук и резина, 1974, N1, С.13-16.

58. Чавчич Т.А., Богуславский Д.Б., Бородушкина Х.Н., Швыдкая Н.П. Эффективность использования вулканизующих систем, содержащих алкилфенолформальдегидную смолу и серу // Каучук и резина. -1985.-N8.-C.24-28.

59. Петрова С.Б., Гончарова Л.Т., Шварц А.Г. Влияние природы вулканизующей системы и температуры вулканизации на структуру и свойства вулканизатов СКИ-3 // Каучук и резина, 1975.-N5.-C.12-16.

60. Шершнев В.А., Соколова JI.B. Особенности вулканизации каучукагексахлорпараксилолом в присутствии тиомочевины и окислов металлов.//Каучук и резина, 1974, N4, С. 13-16

61. Крашенинников H.A., Пращикина A.C., Фельдштейн М.С. Высокотемпературная вулканизация непредельных каучуков тиопроизводными малеимида // Каучук и резина, 1974, N12, С. 16-21

62. Блох Г.А. Органические ускорители вулканизации и вулка-низующиесистемы для эластомеров.-Jl.: Химия.-1978.-240 с.

63. Зуев Н.П., Андреев B.C., Гридунов И.Т., Унковский Б.В. Эффективность действия циклических пролизводных тиомочевин впокровных резинах легковых шин с белой боковиной //. "Производство шин РТИ и АТИ", М., ЦНИИТЭнефтехим, 1973.-№6 С. 5-8

64. Kempermann Т. // Kautsch, und Gummi. Runsts.-1967.-V.20.-N3.-P.126137

65. Донская M.M., Гридунов И.Т Циклические производные тиомочевины- полифункциональные ингредиенты резиновых смесей // Каучук и резина.- 1980.-N6.- С.25-28.; Гридунов И.Т., Донская М.М., //Изв. вузов. Серия хим. и хим. технол., -1969. Т.12, С.842-844.

66. Мозолис В.В., Йокубайтите С.П. Синтез N-замещенных тиомочевин// Успехи химии Т. XLIL- вып. 7,- 1973.-С. 1310-1324.

67. Burke J. Sythesis of tetrahydro-5-substituted-2(l)-s-triazones// Jörn, of American Chem. Society/-1947.- V. 69.- N9.-P.2136-2137.

68. Гридунов И.Т., и др., // Каучук и резина.- 1969.-N3.-C.10-12.

69. Потапов A.M., Гридунов И.Т. // Учен. зап. МИТХТ им. М.В. Ломоносова,-М.- 1971.-Т.1.-вып.З,-С.178-182.

70. Потапов A.M., Гридунов И.Т., и др. // Там же.- 1971.-Т.1.-вып.З,-С. 183-186.

71. Кучевский В.В.,Гридунов И.Т. //Изв. вузов. Серия хим. и хим.технол.,-1976. Т. 19, - вып.-1 .-С. 123-125.

72. Потапов A.M., Гридунов И.Т., и др. // Там же.- 1971.-Т.1.-вып.З,-С.183-186.

73. Потапов A.M., Гридунов И.Т., и др. // В кн. Химия и химическая технология.- М.- 1972.- С.254-256.

74. Кучевский В.В.,Гридунов И.Т. // Учен. зап. МИТХТ им. М.В. Ломоносова,-М.- 1972.-Т.2.-вып.1,-С.58-61

75. Казакова E.H., Донская М.М. ,Гридунов И.Т. // Учен. зап. МИТХТим. М.В. Ломоносова,-М.- 1976.-Т.6.- С. 119-123.

76. Кемперманн Т. Химия и технология полимеров.- 1963. -N6.-C.-27-56.

77. Кучевский В.В.,Гридунов И.Т. //Каучук и резина.- 1973.- N10.-C.19-21.

78. Борзенкова А.Я., Симоненкова Л.Б. // Каучук и резина.-1967.-N9.-С.24-25.

79. Эндрюс Л., Кифер Р. Молекулярные комплексы в органической химии: Пер. с англ. М.: Мир, 1967.- 208 с.

80. Татаринова Е.Л., Гридунов И.Т., Федоров А.Г., Унковский Б.В., Испытание резин на основе СКН-26 с новым ускорителем вулканизации пиримидинтионом-2. // Производство шин, РТИ и АТИ. M.-1977.-N1.-C.3-5.

81. Зуев Н.П., Андреев B.C., Гридунов И.Т., Унковский Б.В. Эффективность действия циклических пролизводных тиомочевин впокровных резинах легковых шин с белой боковиной //. "Производство шин РТИ и АТИ", М., ЦНИИТЭнефтехим, 1973.-№6 С. 5-8

82. Болотин А.Б., Киро З.Б., Пипирайте П.П., Симаненкова Л.Б. Электронная структура и реакционная способность производных этилентиомочевины// Каучук и резина.-1988.-N11-С.22-25.

83. Кулезнев В.Н. Смеси полимеров.-М.:Химия, 1980.-304 е.;

84. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.: Химия, 1978. -544 с.

85. Нестеров А.Е., Липатов Ю.С. Термодинамика растворов и смесейполимеров.-Киев. Наукова думка, 1980.-260 с.

86. Нестеров А.Е. Справочник по физической химии полимеров. Свойства растворов и смесей полимеров. Киев. : Наукова думка, 1984.-Т. 1.-374 с.

87. Захаров Н.Д.,Леднев Ю.Н., Нитенкирхен Ю.Н.,Кулезнев В.Н. О роликоллоидно-химических факторов в создании двухфазных смесей эластомеров // Каучук и резина.-1976.-N1.-С. 15-20.

88. Липатов Ю.С. Коллоидная химия полимеров.-Киев: Наукова думка,1980.-260 с.

89. Шварц А.Г., Динсбург Б.Н. Совмещение каучуков с пластиками и синтетическими смолами.-М.:Химия, 1972.-224 с.

90. Мак-Донел Е., Береноул К., Эндриес Дж. В кн.: Полимерные смеси./Под ред.Д.Пола, С.Ньюмена.-М.:Мир,1981.-Т.2.-С.280- 311.

91. Lee B.L.,Singleton Ch. // J. Makromol.Sci.- 1983-84.- V. 22B.-N5-6.-P.665-691.

92. Липатов Ю.С. Межфазные явления в полимерах.-Киев: Наукова думка,1980.-260с.

93. Шутилин Ю.Ф. О релаксационно-кинетических особенностях струкутуры и свойств эластомеров и их смесей. // Высокомол. соед.-1987.-T.29A.-N8.-C. 1614-1619.

94. Ougizawa Т., Inowe Т., Kammer H.W. // Macromol.- 1985.-V.18.- N10.1. Р.2089-2092.

95. Hashimoto Т., Tzumitani Т. // Int. Rubber Conf.- Kyoto.-Oct.15-18,1985.-V.l.-P.550-553.

96. Takagi Y., Ougizawa Т., Inowe T.//Polimer.-1987.-V. 28. -Nl.-P.103-108.

97. Чалых A.E., Сапожникова H.H. // Успехи химии.- 1984.-Т.53.- N11.1. С.1827-1851.

98. Саборо Акияма//Сикудзай Кекайси.-1982.-Т.55-Ю.-С.165-175.

100. Липатов Ю.С. // Механика композ. матер.-1983.-Ю.-С.499-509.

101. Dreval V.E., Malkin A. Ya., Botvinnik G.O. // Jörn. Polimer Sei., Polymer Phys. Ed.-1973.-V.l 1.-P.1055.

102. Mastromatteo R.P., Mitchel J.M., Brett T.J. New accelerators for bleds of EPDM//Rubber Chem. and Technol.-1971.-V. 44, N 4.-P. 10651079.

103. Hoffmann W., Verschut C. // Kautsch, und Gummi. Runsts.-1982.-V.35.-N2.-P.95-107.

104. Шершнев B.A., Пестов С.С. // Каучук и резина.-1979.-N9.-С. 11-19.

105. Пестов С.С., Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. // Коллоид.журнал.-1978.-T.40.-N4.-C.705-710.

106. Hoffmann W., Verschut С. // Kautsch, und Gummi. Runsts.-1982.-V.35.-N2.-P.95-107.

107. Шутилин Ю.Ф. // Высокомол. coefl.-1982.-T.24B.-N6.-C.444-445.

108. Шутилин Ю.Ф. // Там же.-1981.-Т.23Б.-Ш0.-С.780-783.

109. Manabe S., Murakami М. // Intern. J. Polim. Mater.-1981.-V.l.- N1.-P.47-73.

110. Чалых A.E., Авдеев H.H.// Высокомол. соед.-1985.-Т.27А. -N12.-С.2467-2473.

111. Носников А.Ф. Вопросы химии и химической технологии.-Харьков.-1984.-N76.-C.74-77.

112. Запп P.JI. Образование связей на границе раздела между различными эластомерными фазами // В кн.: Многокомпонентные полимерные системы.-М.:Химия,1974.-С.114-129.

113. Лукомская А.И. Исследование кинетики неизотермической вулканизации: Тем. обзор.-М. .ЦНИИТЭнефтехим.-1985.-56 с.

114. Лукомская А.И. в сб.научн.трудов НИИШП "Моделирование механического и теплового поведения резинокордных элементов пневматических шин в производстве". М., ЦНИИТЭнефтехим, 1982, с.3-12.

115. Лукомская А.И., Шаховец С.Е., //Каучук и резина.- 1983.- N5,-С.16-18.

116. Лукомская А.И., Минаев Н.Т., Кеперша Л.М., Милкова Е.М. Оценка степени вулканизации резин в изделиях, Тематический обзор. Серия "Производство шин", М., ЦНИИТЭнефтехим, 1972.-67 с.

117. Лукомская А.И., Баденков П.Ф., Кеперша Л.М. Расчеты и прогнозирование режимов вулканизации резиновых изделий., М.:Химия, 1978.-280с.

118. Машков A.B., Шиповский И.Я. К расчету полей температур и степени вулканизации в резиновых изделиях методом модельной прямоугольной области // Каучук и резина.-1992.-N1.-С. 18-20.

119. Борисевич Г.М., Лукомская А.И., Исследование возможности повышения точности расчета температур в вулканизуемых покрышках//Каучук и резина.- 1974.-N2,-С.26-29.

120. Пороцкий В.Г., Савельев В.В., Точилова Т.Г., Милкова Е.М. Расчетное проектирование и оптимизация процесса вулканизации шин. //Каучук и резина.- 1993.- N4,-C.36-39.

121. Пороцкий В.Г., Власов Г. Я. Моделирование и автоматизация вулканизационных процессов в производстве шин. //Каучук и резина.- 1995.- N2,-С. 17-20.

122. Верне Ш.М. Управление производственным процессом и его моделирование // Материалы и технология резинового производства.- М.-1984. Препринт С75 (Межд. конф. по каучуку и резине. Москва, 1984 г.)

123. Lager R. W. Recuring vulcanizates. I. A novel way to study the mechanism of vulcanization // Rubber Chem. and Technol.- 1992. 65, N l.-C. 211-222

124. Журавлев В. К. Построение экспериментальных формально-кинетических моделей процесса вулканизации. // Каучук и резина.-1984.- №1.-С.11-13.

125. Sullivan A.B., Hann C.J., Kuhls G.H. Vulcanization chemistry. Sulfer, N-t-butil-2-benzotiazole sulfenamide formulations studied by highperformance liquid chromatography.// Rubber Chem.and Technol. -1992. 65, N 2.-C. 488 - 502

126. Simon Peter, Kucma Anton, Prekop Stefan Kineticka analyza vulranizacie gumarenskych zmesi pomocou dynamickej vykonovej kalorimetrie // Plasty a kauc. 1997. - 3-4, 4. - C. 103-109.

127. Таблицы планов эксперимента для факторных и полиномиальных моделей.- М.: Металлургия, 1982.-С.752

128. Налимов В.В., Голикова Т.Н., Логические основания планирования эксперимента. М.: Металлургия, 1981. С. 152

129. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. -М.:Мир, 1973.-С.960

130. Saville В., Watson A.A. Structural characterization of sulfer-vulcanized rubber network.// Rubber Chem. and Technol. 1967. - 40, N 1. - P. 100 - 148

131. Пестов С.С., Шершнев В.А., Габибулаев И.Д., Соболев B.C. Об оценке густоты пространственной сетки вулканизатов смесей каучуков // Каучук и резина.-1988.-N2.-C. 10-13.

132. Ускоренный метод определения межмолекулярного взаимодействия в модифицированных эластомерных композициях / Седых В.А., Молчанов В.И. // Информ. лист. Воронежского ЦНТИ, № 152(41) -99. -Воронеж, 1999. С. 1-3.

133. Быков В.И. Моделирование критических явлений в химической кинетике.- М. Наука.:, 1988.

134. Молчанов В.И., Шутилин Ю.Ф. О методике оценки активности ускорителей вулканизации // Шестая российская научно практическая конференция резинщиков "Сырьё и материалы для резиновой промышленности. От материалов к изделиям. Москва, 1999.-С.112-114.

135. A.A. Левицкий, С.А. Лосев, В.Н. Макаров Задачи химической кинетики в автоматизированной системе научных исследований Авогадро. в сб.научн.трудов Математические методы в химической кинетике. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990.

136. Молчанов В.И., Шутилин Ю.Ф., Зуева С.Б. Моделирование вулканизации с целью оптимизации и контроля состава рецептур резиновых смесей // Материалы XXXIV отчетной научной конференции за 1994 год. ВГТА Воронеж, 1994- С.91.

137. Э.А. Кюллик, М.Р. Кальюранд, М.Н. Коэль. Применение ЭВМ в газовой хроматографии.- М.: Наука, 1978.-127 С.

138. Денисов Е.Т. Кинетика гомогенных химических реакций. -М.: Высш. шк., 1988.- 391 с.

139. Хайрер Э., Нерсетт С., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Нежесткие задачи /Пер. с англ.-М.: Мир, 1990.-512 с.

140. Новиков Е.А. Численные методы решения дифференциальных уравнений химической кинетики / Математические методы в химической кинетике.- Новосибирск: Наук. Сиб. отделение, 1990. С.53-68

141. Молчанов В.И. Исследование критических явлений в совулканизатах эластомеров //Материалы XXXVI отчетной научной конференции за 1997 год: В 2 ч.ВГТА. Воронеж, 1998. 4.1. С. 43.

142. Молчанов В.И., Шутилин Ю.Ф. Обратная задача кинетики структурирования смесей эластомеров // Всероссийская научно-практическая конференция "Физико-химические основы пищевых и химических производств."- Воронеж, 1996 С.46.

143. Белова Ж.В., Молчанов В.И. Особенности структурирования резин на основе непредельных каучуков // Проблемы теоретической и экспериментальной химии; Тез. докл. III Всерос. студ. научн. конф Екатеринбург, 1993 - С. 140.

144. Молчанов В.И., Шутилин Ю.Ф. Кинетика вулканизации резиновых смесей на основе разнополярных каучуков // Материалы XXXIII отчетной научной конференции за 1993 год ВТИ Воронеж, 1994-С.87.

145. Молчанов В.И., Котырев С.П., Седых В.А.Моделирование неизотермической вулканизации массивных резиновых образцов //Материалы XXXVIII юбилейной отчетной научной конференции за 1999 год: в 3 ч. ВГТА. Воронеж, 2000. 4.2 С. 169.

146. Молчанов В.И., Седых В.А., Потапова Н.В. Моделирование образования и деструкции эластомерных сеток // Материалы XXXV отчетной научной конференции за 1996 год: В 2 ч. / ВГТА. Воронеж, 1997. 4.1. С.116.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

Способ управления относится к производству резинотехнических изделий, а именно к способам управления процессом вулканизации. Способ осуществляют путем корректировки времени вулканизации в зависимости от времени получения максимального модуля сдвига резиновой смеси при вулканизации образцов на реометре и отклонения модуля растяжения резины в готовых изделиях от заданного значения. Это позволяет отработать возмущающие воздействия на процесс вулканизации по характеристикам исходных компонентов и режимным параметрам процессов получения резиновой смеси и вулканизации. Технический результат состоит в повышении стабильности механических характеристик резинотехнических изделий. 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к производству резинотехнических изделий, а именно, к способам управления процессом вулканизации.

Процесс производства резинотехнических изделий включает стадии получения резиновых смесей и их вулканизации. Вулканизация является одним из важнейших процессов в технологии получения резины . Вулканизация производится путем выдерживания резиновой смеси в прессах, специальных котлах или вулканизаторах при температуре 130-160°С в течение заданного времени. При этом происходит соединение макромолекул каучука поперечными химическими связями в пространственную вулканизационную сетку, в результате чего пластическая резиновая смесь превращается в высокоэластичную резину . Пространственная сетка образуется в результате активированных теплом химических реакций между молекулами каучука и вулканизирующими компонентами (вулканизаторами, ускорителями, активаторами) .

Основными факторами, влияющими на процесс вулканизации и качество готовых изделий, являются природа вулканизационной среды, температура вулканизации, продолжительность вулканизации, давление на поверхность вулканизируемого изделия, условия нагревания .

При существующей технологии режим вулканизации обычно разрабатывается заранее расчетными и экспериментальными методами и задается программа проведения процесса вулканизации при производстве изделий . Для пунктуального выполнения предписанного режима производится оснащение процесса средствами контроля и автоматизации, максимально точно реализующими предписанную жесткую программу проведения режима вулканизации . Недостатками способа являются нестабильность характеристик производимых изделий вследствие невозможности обеспечения полной воспроизводимости процесса, вследствие ограничения точности систем автоматизации и возможности смещения режимов , а также изменения характеристик резиновой смеси во времени.

Известен способ вулканизации с регулированием температуры в паровых котлах, плитах или рубашках форм путем изменения расхода теплоносителей . Недостатками способа являются большой разброс характеристик получаемых изделий вследствие смещения рабочих режимов, а также изменения реакционной способности резиновой смеси.

Известен способ управления процессом вулканизации путем непрерывного контроля за теми параметрами процесса, которые определяют его протекание: температуры теплоносителей, температуры поверхностей вулканизируемого изделия . Недостатком данного способа является нестабильность характеристик получаемых изделий вследствие нестабильности реакционной способности, поступающей на формование резиновой смеси, и получение различных характеристик изделия при вулканизации в одинаковых температурных условиях.

Известен способ корректировки режима вулканизации, включающий определение по контролируемым внешним температурным условиям на вулканизирующих поверхностях изделий расчетными методами температурного поля в вулканизируемом изделии, определение кинетики неизотермической вулканизации тонких лабораторных пластин по динамическому модулю гармонического сдвига в найденных неизотермических условиях, определение продолжительности процесса вулканизации, при которой достигается оптимальный комплекс важнейших свойств резины, определение температурного поля для многослойных стандартных образцов, моделирующих элемент покрышки по составу и геометрии, получение кинетики неизотермической вулканизации многослойных пластин и определение эквивалентного времени вулканизации по выбранному ранее оптимальному уровню свойств, вулканизация многослойных образцов на лабораторном прессе при постоянной температуре в течение эквивалентного времени вулканизации и анализ получаемых характеристик . Данный способ существенно точнее используемых в промышленности методов расчета эффектов и эквивалентных времен вулканизации, но он более громоздок и не учитывает изменение нестабильности реакционной способности поступающей на вулканизацию резиновой смеси.

Известен способ регулирования процесса вулканизации, при котором измеряется температура на лимитирующих процесс вулканизации участках изделия, по этим данным рассчитываются степени вулканизации, при достижении равенства заданной и расчетной степени вулканизации цикл вулканизации прекращается . Достоинством системы является корректировка времени вулканизации при изменении колебания температурного процесса вулканизации. Недостатком данного способа является большой разброс характеристик получаемых изделий вследствие неоднородности резиновой смеси по реакционной способности к вулканизации и отклонения используемых в расчете констант кинетики вулканизации от реальных констант кинетики перерабатываемой резиновой смеси.

Известен способ управления процессом вулканизации, заключающийся в расчете на R-C сетке температуры в контролируемой плечевой зоне с использованием граничных условий на основании измерений температуры поверхности пресс-форм и полости диафрагмы температур, расчете эквивалентных времен вулканизации, определяющих степень вулканизации на контролируемом участке, при реализации эквивалентного времени вулканизации на реальном процессе процесс прекращается. Недостатками способа являются его сложность и большой разброс характеристик получаемых изделий вследствие изменения реакционной способности к вулканизации (энергии активации, предэкспоненциального множителя констант кинетики) резиновой смеси.

Наиболее близким к предлагаемому является способ управления процессом вулканизации, при котором синхронно реальному процессу вулканизации по граничным условиям на основании измерений температуры на поверхности металлической пресс-формы производится расчет температуры в вулканизируемых изделиях на сеточной электромодели, расчетные значения температуры выставляются на вулкаметре, на котором параллельно основному процессу вулканизации исследуется кинетика неизотермической вулканизации образца из перерабатываемой партии резиновой смеси, при достижении заданного уровня вулканизации на вулкаметре формируются команды управления на агрегат вулканизации изделий [АС СССР №467835]. Недостатками способа являются большая сложность реализации на технологическом процессе и ограниченная область применения .

Задача изобретения - повышение стабильности характеристик выпускаемых изделий.

Данная цель достигается тем, что время вулканизации резинотехнических изделий на технологической линии корректируют в зависимости от времени получения максимального модуля сдвига резиновой смеси при вулканизации образов перерабатываемой резиновой смеси в лабораторных условиях на реометре и отклонения модуля растяжения резины в производимых изделиях от заданного значения.

Предлагаемое решение иллюстрируется фиг.1-5.

На фиг.1 приведена функциональная схема системы управления, реализующей предлагаемый способ управления.

На фиг.2 приведена структурная схема системы управления, реализующей предлагаемый способ управления.

На фиг.3 приведен временной ряд разрывной прочности на растяжение муфты Джубо, производимой на ОАО «Балаковорезинотехника».

На фиг.4 приведены характерные кинетические кривые по моменту сдвига образов резиновой смеси.

На фиг.5 приведен временной ряд изменения продолжительности вулканизации образцов резиновой смеси до 90-процентного уровня достижимого модуля сдвига вулканизата.

На функциональной схеме системы, реализующей предлагаемый способ управления (см. фиг.1), представлены стадия приготовления резиновой смеси 1, стадия вулканизации 2, реометр 3 для исследования кинетики вулканизации образцов резиновой смеси, прибор механического динамического анализа 4 (или разрывная машина) для определения модуля растяжения резины готовых изделий или образцов спутников, управляющее устройство 5.

Способ управления реализуется следующим образом. Образцы из партий резиновой смеси анализируются на реометре и значения времени вулканизации, при котором момент сдвига резины имеет максимальное значение, поступают на управляющее устройство 5. При изменении реакционной способности резиновой смеси управляющее устройство корректирует время вулканизации изделий. Таким образом, отрабатываются возмущения по характеристикам исходных компонентов, влияющих на реакционную способность получаемой резиновой смеси. Модуль на растяжение резины в готовых изделиях измеряется методом динамического механического анализа или на разрывной машине и также поступает на управляющее устройство. Неточность полученной корректировки, а также наличие изменений температуры теплоносителей, условий теплообмена и других возмущающих воздействий на процесс вулканизации отрабатываются путем корректировки времени вулканизации в зависимости от отклонения модуля растяжения резины в производимых изделиях от заданного значения.

Структурная схема системы управления, реализующая данный способ управления и представленная ни фиг.2, включает управляющее устройство канала прямого управления 6, управляющее устройство канала обратной связи 7, объект управления процессом вулканизации 8, звено транспортного запаздывания 9 для учета продолжительности времени определения характеристик резины готовых изделий, элемент сравнения канала обратной связи 10, сумматор 11 для суммирования корректировок времени вулканизации по прямому каналу управления и каналу обратной связи, сумматор 12 для учета влияний неконтролируемых возмущающих воздействий на процесс вулканизации.

При изменении реакционной способности резиновой смеси изменяется оценка τ макс и управляющее устройство по прямому каналу управления 1 корректирует время вулканизации на технологическом процессе на величину Δτ 1 .

На реальном процессе условия вулканизации отличаются от условий на реометре, поэтому время вулканизации, необходимое для получения максимального значения момента на реальном процессе, также отличается от полученного на приборе, причем это отличие изменяется во времени вследствие нестабильности условий вулканизации. Отработка этих возмущений f производится по каналу обратной связи путем введения поправки Δτ 2 управляющим устройством 7 контура обратной связи в зависимости от отклонения модуля резины в производимых изделиях от заданного значения Е зад.

Звено транспортного запаздывания 9 при анализе динамики системы учитывает влияние времени, необходимого для проведения анализа характеристик резины готового изделия.

На фиг.3 приведен временной ряд условного разрывного усилия муфты Джуба, выпускаемой ОАО «Балаковорезинотехника». Данные показывают наличие большого разброса изделий по данному показателю. Временной ряд можно представить в виде суммы трех составляющих: низкочастотной х 1 , среднечастотной х 2 , высокочастотной x 3 . Наличие низкочастотной составляющей говорит о недостаточной эффективности существующей системы управления процессом и принципиальной возможности построения эффективной системы управления по обратной связи для снижения разброса параметров готовой продукции по своим характеристикам.

На фиг.4 приведены характерные экспериментальные кинетические кривые по моменту сдвига при вулканизации образов резиновой смеси, полученные на реометре MDR2000 "Alfa Technologies". Данные показывают неоднородность резиновой смеси по реакционной способности к процессу вулканизации. Разброс по времени выхода на максимальный момент вращения составляет от 6,5 мин (кривые 1,2) до более 12 мин (кривые 3,4). Разброс по завершенности процесса вулканизации составляет от недостижения максимального значения момента (кривые 3,4) до наличия процесса перевулканизации (кривые 1,5).

На фиг.5 приведен временной ряд времени вулканизации до 90-процентного уровня максимального момента сдвига, полученный при исследовании вулканизации образов резиновой смеси на реометре MDR2000 "Alfa Technologies". Данные показывают наличие низкочастотного изменения времени вулканизации для получения максимального момента сдвига вулканизата.

Наличие большого разброса механических характеристик муфты Джуба (фиг.3) говорит об актуальности решения задачи повышения стабильности характеристик резинотехнических изделий для повышения их эксплуатационной надежности и конкурентоспособности. Наличие нестабильности реакционной способности резиновой смеси к процессу вулканизации (фиг.4,5) говорит о необходимости изменения времени в процессе вулканизации изделий из этой резиновой смеси. Наличие низкочастотных составляющих во временных рядах условного разрывного усилия готовых изделий (фиг.3) и во времени вулканизации для получения максимального момента сдвига вулканизата (фиг.5) говорит о принципиальной возможности повышения качественных показателей готовой продукции путем корректировки времени вулканизации.

Рассмотренное подтверждает наличие в предлагаемом техническом решении:

Технического результата, т.е. предлагаемое решение направлено на повышение стабильности механических характеристик резинотехнических изделий, снижение количества бракованных изделий и соответственно снижение удельных норм расхода исходных компонентов и энергии;

Существенных признаков, заключающихся в корректировке продолжительности процесса вулканизации в зависимости от реакционной способности резиновой смеси к процессу вулканизации и в зависимости от отклонения модуля резины на растяжение в готовых изделиях от заданного значения;

Выводы

На основе системного анализа процесса гуммирования оцинкованной полосы определены модели и методы, применение которых необходимо для реализации метода управления: имитационная модель процесса сушки полимерного покрытия, метод оптимизации технологических параметров процесса полимеризации на основе генетического алгоритма и модель нейро-нечёткого управления процессом.

Определено, что разработка и реализация метода управления процессом вулканизации оцинкованной полосы на агрегате полимерных покрытий на основе нейро-нечетких сетей является актуальной и перспективной научно-технической задачей с точки зрения экономической выгоды, сокращения издержек и оптимизации производства.

Установлено, что процесс вулканизации оцинкованной полосы в печах агрегата покрытий металла является многосвязным объектом с распределённостью параметров по координате, работающим в условиях нестационарности и требует системного подхода к изучению.

Определены требования, предъявляемые к математическому обеспечению системы управления многосвязными тепловыми объектами агрегата покрытий металла: обеспечение функционирования в режиме непосредственной связи с объектом и в режиме реального времени, разнообразия выполняемых функций при их относительной неизменности во время эксплуатации, обмена информацией с большим количеством её источников и потребителей в процессе решения основных задач, работоспособности в условиях, ограничивающих время расчета управляющих воздействий.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ НЕЙРО-НЕЧЁТКОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСВЯЗНЫМИ ТЕПЛОВЫМИ ОБЪЕКТАМИ АГРЕГАТА ГУММИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТАЛЛА

Системный анализ управления многосвязными тепловыми объектами агрегата гуммированных покрытий

Концептуальное проектирование - начальная стадия проектирования, на которой принимаются решения, определяющие последующий облик системы, и проводятся исследование и согласование параметров созданных решений с возможной их организацией. В настоящее время становится постепенно осознанным то, что для построения систем на качественно ином уровне новизны, а не просто их модернизации, необходимо быть вооруженным теоретическими представлениями о том, в каком направлении развиваются системы. Это необходимо для организации управления этим процессом, что повысит как показатели качества этих систем, так и эффективность процессов их проектирования, функционирования и эксплуатации .

На данном этапе необходимо сформулировать задачу управления, из которой получим задачи исследования. После анализа процесса полимеризации оцинкованной полосы как объекта управления необходимо определить границы предметной области, представляющие интерес при построении модели управления процессом, т.е. определиться с требуемым уровнем абстракции моделей, которые предстоит построить.

Важнейшим приемом системного исследования является представление любых сложных систем в виде моделей, т.е. применение метода познания, в котором описание и исследование характеристик и свойств оригинала заменяется описанием и исследованием характеристик и свойств некоторого другого объекта, который в общем случае имеет совершенно другое материальное или идеальное представление. Важно, что модель отображает не сам объект исследования в наиболее близком к оригиналу виде, а только те его свойства и структуры, которые в большей степени интересуют для достижения поставленной цели исследования.

Задача управления заключается в задании таких значений параметров процесса вулканизации оцинкованной полосы, которые позволят достичь максимального коэффициента прилипания при минимальном расходе энергоресурсов.

К качеству произведенного предварительно окрашенного проката предъявляется ряд требований, которые описаны в ГОСТ, перечисленных в разделе 1.3. Процесс сушки в печах агрегата гуммированных покрытий влияет только на качество прилипания к подложке. Поэтому такие дефекты как неравномерность покрытия, отклонение по блеску и рытвины в данной работе не рассматриваются.

Для осуществления процесса сушки полимерного покрытия необходимо знать следующий набор технологических параметров: температуры 7 печных зон (Tз1…Tз7), скорость линии (V), плотность и теплоёмкость металлической подложки (, с), толщина и начальная температура полосы (h, Tнач.), интервал температур полимеризации наносимой краски ().

Эти параметры в производстве принято называть рецептом.

Такие параметры как мощность вентиляторов, установленных в печных зонах, объем подводимого чистого воздуха, параметры взрывоопасности лаков исключаются из рассмотрения, так как они влияют на скорость прогрева зон перед сушкой и концентрацию взрывоопасных газов, которые в данной работе не раскрываются. Их регулирование осуществляется отдельно от управления самим процессом вулканизации.

Определим задачи исследования, которые необходимо выполнить для достижения цели управления. Отметим, что текущее состояние системного анализа предъявляет особые требования к решениям, принимаемым на основе исследования полученных моделей. Мало просто получить возможные решения (в данном случае, значения температур печных зон) - необходимо, чтобы они были оптимальны. Системный анализ, в частности позволяет предложить методики принятия решений по целенаправленному поиску приемлемых решений путем отбрасывания тех из них, которые заведомо уступают другим по заданному критерию качества. Цель его применения к анализу конкретной проблемы состоит в том, чтобы, применяя системный подход и, если это возможно, строгие математические методы, повысить обоснованность принимаемого решения в условиях анализа большого количества информации о системе и множества потенциально возможных решений .

В связи с тем, что на данном этапе нам известны только входные и выходные параметры моделей, опишем их с помощью подхода с позиции «чёрного ящика».

Первая задача, которую необходимо решить, - это построить имитационную модель процесса сушки покрытия, т.е. получить математическое описание объекта, использующееся для проведения экспериментов на компьютере в целях проектирования, анализа и оценки функционирования объекта. Это нужно, чтобы определить, до какой величины повысится температура поверхности металла (Тпов. вых.) при выходе из печи при заданных значениях скорости полосы, толщины, плотности, теплоёмкости и начальной температуры металла, а также температур печных зон. В дальнейшем сравнение величины, полученной на выходе этой модели, с температурой полимеризации краски позволит сделать вывод о качестве прилипания покрытия (рисунок 10).

Рисунок 10 - Концептуальная имитационная модель процесса сушки покрытия

Вторая задача - разработать метод оптимизации технологических параметров процесса вулканизации оцинкованной полосы. Для её решения необходимо осуществить формализацию критерия качества управления и построить модель оптимизации технологических параметров. В связи с тем, что регулирование температурного режима осуществляется за счёт изменения температур печных зон (Tз1…Tз7), данная модель должна оптимизировать их значения (Tз1опт…Tз7опт) согласно критерию качества управления (рисунок 11). Данная модель на вход получает и температуры вулканизации, поскольку без них невозможно определить качество прилипания краски к металлической подложке.

Рисунок 11 - Концептуальная модель оптимизации технологических параметров

Основные способы вулканизации каучуков . Для проведения основного химического процесса резиновой технологии – вулканизации – применяются вулканизующие агенты. Химизм процесса вулканизации заключается в образовании пространственной сетки, включающей линейные или разветвленные макромолекулы каучука и поперечные связи. Технологически вулканизация заключается в обработке резиновой смеси при температурах от нормальной до 220˚С под давлением и реже без него.

В большинстве случаев промышленная вулканизация проводится вулканизующими системами, включающими вулканизующий агент, ускорители и активаторы вулканизации и способствующими более эффективному протеканию процессов образования пространственной сетки.

Химическое взаимодействие между каучуком и вулканизующим агентом определяется химической активностью каучука, т.е. степенью ненасыщенности его цепей, наличием функциональных групп.

Химическая активность ненасыщенных каучуков обусловлена наличием в основной цепи двойных связей и повышенной подвижностью атомов водорода в a-метиленовых группах, соседних с двойной связью. Поэтому ненасыщенные каучуки можно вулканизовать всеми соединениями, взаимодействующими с двойной связью и соседними с ней группами.

Основным вулканизующим агентом для ненасыщенных каучуков является сера, которая обычно используется в виде вулканизующей системы совместно с ускорителями и их активаторами. Кроме серы можно использовать органические и неорганические пероксиды, алкилфенолформальдегидные смолы (АФФС), диазосоединения, полигалоидные соединения.

Химическая активность насыщенных каучуков существенно ниже активности ненасыщенных, поэтому для вулканизации нужно использовать вещества с высокой реакционной способностью, например различные пероксиды.

Вулканизация ненасыщенных и насыщенных каучуков может проводиться не только в присутствии химических вулканизующих агентов, но и под влиянием физических воздействий, инициирующих химические превращения. Это излучения высоких энергий (радиационная вулканизация), ультрафиолетовое излучение (фотовулканизация), длительное воздействие высоких температур (термовулканизация), действие ударных волн и некоторых других источников.

Каучуки, имеющие функциональные группы, можно вулканизовать по этим группам с помощью веществ, взаимодействующих с функциональными группами с образованием поперечной связи.

Основные закономерности процесса вулканизации. Независимо от типа каучука и применяемой вулканизующей системы в процессе вулканизации происходят некоторые характерные изменения свойств материала:

· Резко уменьшается пластичность резиновой смеси, появляется прочность и эластичность вулканизатов. Так, прочность сырой резиновой смеси на основе НК не превышает 1,5 МПа, а прочность вулканизованного материала - не менее 25 МПа.

· Существенно снижается химическая активность каучука: у ненасыщенных каучуков уменьшается количество двойных связей, у насыщенных каучуков и каучуков с функциональными группами – число активных центров. За счет этого повышается устойчивость вулканизата к окислительным и другим агрессивным воздействиям.

· Увеличивается устойчивость вулканизованного материала к действию пониженных и повышенных температур. Так, НК затвердевает при 0ºС и становится липким при +100ºС, а вулканизат сохраняет прочность и эластичность в температурном интервале от –20 до +100ºС.

Такой характер изменения свойств материала при вулканизации однозначно свидетельствует о протекании процессов структурирования, заканчивающихся формированием трехмерной пространственной сетки. Для того чтобы вулканизат сохранил эластичность, поперечные связи должны быть достаточно редкими. Так, в случае НК термодинамическая гибкость цепи сохраняется, если одна поперечная связь приходится на 600 атомов углерода основной цепи.

Процесс вулканизации характеризуется также некоторыми общими закономерностями изменения свойств в зависимости от времени вулканизации при постоянной температуре.

Поскольку наиболее существенно изменяются вязкостные свойства смесей, для исследования кинетики вулканизации используют сдвиговые ротационные вискозиметры, в частности реометры Монсанто. Эти приборы позволяют исследовать процесс вулканизации при температурах от 100 до 200ºС в течение 12 - 360 мин с различными сдвиговыми усилиями. Самописец прибора выписывает зависимость крутящего момента от времени вулканизации при постоянной температуре, т.е. кинетическую кривую вулканизации, имеющую S-образную форму и несколько участков, соответствующих стадиям процесса (рис. 3).

Первая стадия вулканизации называется индукционным периодом, стадией подвулканизации или стадией преждевременной вулканизации. На этой стадии резиновая смесь должна сохранять текучесть и хорошо заполнять всю форму, поэтому ее свойства характеризуются минимальным моментом сдвига М мин (минимальная вязкость) и временем t s , в течение которого сдвиговый момент увеличивается на 2 единицы по сравнению с минимальным.

Продолжительность индукционного периода зависит от активности вулканизационной системы. Выбор вулканизующей системы с тем или иным значением t s определяется массой изделия. При вулканизации происходит сначала прогрев материала до температуры вулканизации, и вследствие низкой теплопроводности каучука время прогрева пропорционально массе изделия. По этой причине для вулканизации изделий большой массы должны выбираться вулканизующие системы, которые обеспечивают достаточно длительный индукционный период, а для изделий с малой массой - наоборот.

Вторая стадия называется главным периодом вулканизации. По завершении индукционного периода в массе резиновой смеси накапливаются активные частицы, вызывающие быстрое структурирование и соответственно нарастание крутящего момента до некоторого максимального значения М макс. Однако завершением второй стадии считается не время достижения М макс, а время t 90 , соответствующее М 90 . Этот момент определяется по формуле

М 90 =0,9 DМ + М мин,

где DМ – разность крутящих моментов (DМ=М макс – М мин).

Время t 90 – это оптимум вулканизации, величина которого зависит от активности вулканизующей системы. Угол наклона кривой в главном периоде характеризует скорость вулканизации.

Третья стадия процесса называется стадией перевулканизации, которой в большинстве случаев на кинетической кривой соответствует горизонтальный участок с постоянными свойствами. Эта зона называется плато вулканизации. Чем шире плато, тем устойчивее смесь к перевулканизации.

Ширина плато и дальнейший ход кривой в основном зависят от химической природы каучука. В случае ненасыщенных линейных каучуков, таких как НК и СКИ-3, плато неширокое и затем происходит ухудшение свойств, т.е. спад кривой (рис. 3, кривая а ). Процесс ухудшения свойств на стадии перевулканизации называется реверсией . Причиной реверсии является деструкция не только основных цепей, но и образовавшихся поперечных связей под действием высокой температуры.

В случае насыщенных каучуков и ненасыщенных каучуков с разветвленной структурой (значительное количество двойных связей в боковых 1,2-звеньях) в зоне перевулканизации свойства изменяются незначительно, а в ряде случаев даже улучшаются (рис. 3, кривые б и в ), поскольку термоокисление двойных связей боковых звеньев сопровождается дополнительным структурированием.

Поведение резиновых смесей на стадии перевулканизации важно в производстве массивных изделий, особенно автомобильных покрышек, поскольку за счет реверсии может произойти перевулканизация наружных слоев при недовулканизации внутренних. В этом случае требуются вулканизующие системы, которые обеспечивали бы продолжительный индукционный период для равномерного прогрева покрышки, высокую скорость в главном периоде и широкое плато вулканизации на стадии перевулканизации.

Сергей Г. Т ихомиров, Оль га В. Карманова, Юрий В. Пятаков, Александр А. Маслов Введите здесь название статьи Sergei G. Tikhomirov, Ol ga V. Karmanova, Yurii V. Pyatakov, Ale ksandr A. Maslov Введите здесь название статьи на английском языке Вестник ВГУИТ/Proceedings of VSUET, 3, 06 Обзорная статья/eview article УДК 6.53 DOI: http://doi.org/0.094/30-0-06-3-93-99 Программный комплекс для решения задач математического моделирования процесса изотермической вулканизации Сергей Г. Тихомиров, Ольга В. Карманова, Юрий В. Пятаков, Александр А. Маслов [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] кафедра информационных и управляющих систем, Воронеж. гос. ун-т. инж. техн., пр-т Революции, 9, г. Воронеж, Россия кафедра химии и химической технологии органических соединений и переработки полимеров, Воронеж. гос. ун-т. инж. техн., пр-т Ленинский, 4, г. Воронеж, Россия Реферат. На основе общих закономерности серной вулканизации диеновых каучуков рассмотрены принципы эффективного проведения процесса с использованием многокомпонентных структурирующих систем. Отмечается, что описание механизма действия комплексных сшивающих систем осложняется многообразием взаимодействий компонентов и влиянием каждого из них на кинетику вулканизации, что приводит к различным рецептурно-технологическим усложнениям реальной технологии и сказывается на качестве и технико-экономических показателях производства резинотехнических изделий. Системный анализ процесса изотермической вулканизации выполнен на основе известных теоретических подходов и включал интегрирование различных методов и приемов исследования в единую взаимосвязанную совокупность методов. В ходе анализа кинетики вулканизации установлено, что параметры образования пространственной сетки вулканизатов зависят от множества факторов, для оценки которых требуется специальное математическое и алгоритмическое обеспечение. В результате проведенной стратификации изучаемого объекта выделены основные подсистемы. Разработан программный комплекс для решения прямой и обратной кинетических задач процесса изотермической вулканизации. Информационное обеспечение «Изотермическая вулканизация» разработано в виде прикладных программ математического моделирования процесса изотермической вулканизации и направлено на решение прямой и обратной кинетических задач. При решении задачи уточнения общей схемы химических превращений использовался универсальный механизм, включающий побочные химические реакции. Программный продукт включает в себя численные алгоритмы решения системы дифференциальных уравнений. Для решения обратной кинетической задачи используются алгоритмы минимизации функционала, при наличии ограничений на искомые параметры. Для описания работы с данным продуктом приведена логическая блок-схема программы. Приведен пример решения обратной кинетической задачи с помощью программы. Разработанное информационное обеспечение, реализовано на языке программирования С++. Для определения начальной концентрации действительного агента вулканизации использована универсальная зависимость, позволяющая использовать модель с различными свойствами многокомпонентных структурирующих систем Ключевые слова: изотермическая вулканизация, математическое моделирование, схема кинетики вулканизации, информационное обеспечение The software package for solving problems of mathematical modeling of isothermal curing process Sergei G. Tikhomirov, Ol ga V. Karmanova, Yurii V. Pyatakov, Aleksandr A. Maslov [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] information and control systems department, Voronezh state university of engineering technologies, evolution Av., 9 Voronezh, ussia chemistry and chemical technology of organic compounds and polymers processing department, Voronezh state university of engineering technologies, Leninsky Av., 4 Voronezh, ussia Summary. On the basis of the general laws of sulfur vulcanization diene rubbers the principles of the effective cross-linking using a multi-component agents was discussed. It is noted that the description of the mechanism of action of the complex cross-linking systems are complicated by the diversity of interactions of components and the influence of each of them on the curing kinetics, leading to a variety technological complications of real technology and affects on the quality and technical and economic indicators of the production of rubber goods. ased on the known theoretical approaches the system analysis of isothermal curing process was performed. It included the integration of different techniques and methods into a single set of. During the analysis of the kinetics of vulcanization it was found that the formation of the spatial grid parameters vulcanizates depend on many factors, to assess which requires special mathematical and algorithmic support. As a result of the stratification of the object were identified the following major subsystems. A software package for solving direct and inverse kinetic problems isothermal curing process was developed. Information support Isothermal vulcanization is a set of applications of mathematical modeling of isothermal curing. It is intended for direct and inverse kinetic problems. When solving the problem of clarifying the general scheme of chemical transformations used universal mechanism including secondary chemical reactions. Functional minimization algorithm with constraints on the unknown parameters was used for solving the inverse kinetic problem. Shows a flowchart of the program. An example of solving the inverse kinetic problem with the program was introduced. Dataware was implemented in the programming language C ++. Universal dependence to determine the initial concentration of the curing agent was applied. It allowing the use of a model with different properties of multicomponent curing systems. informed decisions. Keywords: isothermal curing, mathematical modeling, the scheme of the curing kinetics, informational software Для цитирования Тихомиров С.Г., Карманова О.В., Пятаков Ю.В., Маслов А.А. Программный комплекс для решения задач математического моделирования процесса изотермической вулканизации // Вестник ВГУИТ. 06. 3. С 93 99. doi:0.094/30-0-06-3-93-99 For citation Tihomirov S.G., Karmanova O.V., Pyatakov Yu.V., Maslov A.A The software package for solving problems of mathematical modeling of isothermal curing process. Vestnik VSUET . 06. no 3 pp. 93 99 (in uss.). doi:0.094/30-0-06-3-93-99 93

Вестник ВГУИТ/Proceedings of VSUET, 3, 06 94 Введение К настоящему времени установлены общие закономерности серной вулканизации диеновых каучуков, основанные на существовании в композициях действительных агентов вулканизации эластомеров (ДАВ). Однако принципы эффективного проведения процесса с использованием многокомпонентных структурирующих систем изучены недостаточно. Описание механизма их действия осложняется многообразием взаимодействий компонентов и влиянием каждого из них на кинетику вулканизации. Это приводит к различным рецептурно-технологическим усложнениям реальной технологии и сказывается на качестве и технико-экономических показателях производства резинотехнических изделий. Анализ кинетики вулканизации показал, что существующие подходы к ее описанию основываются на химических реакциях макромолекул с вулканизующими агентами, а параметры образования пространственной сетки вулканизаторов зависят от множества факторов, влияние которых можно оценить только с помощью специального математического и алгоритмического обеспечения . Для повышения эффективности исследования, выявления причин, приводящих к получению продукции, не отвечающей нормативным требованиям, прогноза протекания процесса необходимо создание специального программного обеспечения (ПО). Целью настоящей работы является разработка программного комплекса для решения прямой и обратной кинетических задач процесса изотермической вулканизации. Системный анализ процесса вулканизации Анализ известных теоретических подходов к описанию вулканизации, а также других процессов в химической промышленности [ 4] и аспектов их практической реализации с учетом особенностей отдельных стадий позволил выявить общие системные свойства и основные закономерности процессов и определить направление исследований для получения новой информации по оптимизации режимов вулканизации и свойств готовых изделий . Системный анализ включает интегрирование различных методов и приемов исследования (математических, эвристических), разработанных в рамках различных научных направлений в единую взаимосвязанную совокупность методов. Многофакторный анализ процесса позволил разработать общую структуру исследования (рисунок). Объект исследования является слабоструктурированным, поскольку содержит как качественные элементы (эластомеры, наполнители, условия проведения процесса) так и малоизученные (многокомпонентные структурирующие системы, неконтролируемые возмущения), которые имеют тенденцию доминировать. В состав общей структуры входят элементы, которые необходимо теоретически обосновать (кинетическая модель, процессы тепломассопереноса, оптимизация режимов, процессы переработки). Таким образом, для оценки способов решения необходимо определить все существующие взаимосвязи и установить их влияние с учетом взаимодействий на поведение всей системы в целом. Анализ общей структуры показал, что механические свойства вулканизатов определяются химическими реакциями макромолекул с вулканизующими агентами, а для оценки параметров пространственной сетки вулканизатов необходимо разработать специальное математическое и алгоритмическое обеспечение. В результате проведенной стратификации изучаемого объекта выделены следующие основные подсистемы:) анализ и учет термофлуктуационных явлений, обеспечивающих ускорение протекания химических реакций;) кинетическая модель вулканизации; 3) оптимизация режимов вулканизации, обеспечивающая получение требуемых механических свойств. Математическое моделирование процесса изотермической вулканизации Получение достоверной информации о протекании процессов сшивания эластомеров комплексными структурирующими системами, тесно связано с проблемами проектирования, оптимизации и управления режимами вулканизации в промышленности. Известно, что одним из традиционных способов описания формальной кинетики вулканизации является использование кусочно-определенных функций для отдельных стадий процесса: индукционного периода, структурирования и реверсии. Описание процесса в целом и расчет кинетических констант в настоящее время выполнен только для отдельных типов каучуков и вулканизующих систем . Основные заключения о кинетике процесса основываются на модельных системах с низкомолекулярными аналогами эластомеров. В то же время полученные количественные данные не всегда возможно распространять на производственные процессы.

Вестник ВГУИТ/Proceedings of VSUET, 3, 06 Рисунок. Схема исследования процесса вулканизации эластомеров Figure. Scheme of study process of vulcanization of elastomers Оценка физико-механических свойств производственных резин, по данным, полученным на предприятии, является, безусловно, прогрессивным методом в решении задачи моделирования процесса вулканизации, но требует строгого внутреннего единства физико-химического подхода на каждом этапе исследования и разработки вычислительных алгоритмов и программ. Ответить на этот вопрос можно, только тщательно выполнив эксперименты по плану, соответствующему предполагаемой кинетической модели и рассчитав несколько альтернативных вариантов модели. Для этого требуется независимым методом установить число формальных механизмов реакций, ответственных за структурирование эластомерной композиции. Традиционные методики анализа процессов во временной области не дают возможности четко разделять процессы с синергическим взаимодействием, что, в свою очередь, не позволяет использовать их для анализа производственных резин. При решении задачи уточнения общей схемы химических превращений целесообразно исходить из максимального в некотором смысле механизма. Поэтому в кинетическую схему включены дополнительные реакции, описывающие образование и деструкцию лабильных полисульфидных связей (Vu lab), внутримолекулярную циклизацию и другие реакции, приводящие к модификации макромолекул, образование макрорадикала и его реакцию с подвесками ДАВ. Система дифференциальных уравнений (ДУ) по стадиям процесса будет иметь следующий вид : dca / dt k CA k4ca C *, dc / dt k CA kc k4ca C * k 8C *, dc * / dt k C k3 k5 k7 C * k C k C C, 6 VuLab 4 A * dcvust / dt k3 C *, dcvulab / dt k5c k6cvulab, dcc / dt k7 C *, dc * / dt k8c k 8C *, dc / dt k8 C. () 95

Вестник ВГУИТ/Proceedings of VSUET, 3, 06 96 Начальные условия: 0 0 CA S8 AC Akt C ; C 0 0; C 0 0; * VuSt C 0 0; C 0 0; VuLab C C 0 C 0, * C 0 0; C 0 4,95 ; где ς, θ, η, коэффициенты, начальная концентрация серы, начальная концентрация ускорителя, θ начальная концентрация активатора (оксида цинка), [С (0)] η начальная концентрация макрорадикалов. Здесь A действительный агент вулканизации; В предшественник сшивания; В* его активная форма; С внутримолекулярная связанная сера; VuSt, VuLab стабильные и лабильные узлы вулканизационной сетки; каучук; * макрорадикал каучука в результате термофлуктуационного распада; α, β, γ и δ стехиометрические коэффициенты, k, k, k 8, k 9 (k 8) константы скорости реакции, относящиеся к соответствующим стадиям процесса. Прямая задача кинетики (ПЗК) задача нахождения концентрации вулканизационных узлов как функции времени. Решение ПЗК сводится к решению системы ДУ () при заданных начальных условиях. Кинетическая кривая процесса вулканизации определяется по величине крутящего момента Mt. Обратная задача кинетики (ОЗК) задача идентификации констант скорости реакций, стехиометрических коэффициентов и переменных в системе (). Решение ОЗК осуществляется путем минимизации функционала: где Ф k, k,..., k, k, 8 8 t к q k, k,..., k8, k 8, tdt 0 q k, k,..., k, k, t 8 8 M t M M M С min / max min Vu (), (3) M max, M min соответственно максимальное и минимальное значения коэффициент. Mt, масштабный Описание программного обеспечения Программное обеспечение «Изотермическая вулканизация» разработано в качестве комплекса прикладных программ (КПП) для решения задач, связанных с математическим моделированием процесса изотермической вулканизации. Для решения системы ДУ в пакете предусмотрены численные методы, включающие в себя: метод Рунге-Кутта четвертого порядка; метод Адамса. Решение обратной кинетической задачи сводится к оценке констант скоростей реакций, стехиометрических коэффициентов и переменных в системе ДУ (). Для минимизации функционала () в пакете программ на усмотрения пользователя могут использоваться следующие методы: покоординатного спуска, Хука-Дживса, Розенброка, Пауэлла, Нелдера-Мида, усреднения координат (с использованием элементов случайного поиска). Градиентные методы (первого порядка): наискорейшего спуска, сопряженных направлений (Флетчера-Ривса), переменной метрики (Давидона-Флетчера-Пауэлла), параллельных градиентов (Зангвилла). На рисунке изображена структурная схема, разработанного программного обеспечения. Процесс идентификации констант скорости реакций, коэффициентов уравнений и стехиометрических коэффициентов осуществляется в несколько этапов: оцифровка реограмм; перевод крутящих моментов в концентрации; определение начальных концентраций; определение значений искомых параметров констант обеспечивающих минимум функционала (). Оцифровка реограмм может происходить вручную или же в автоматическом режиме с помощью, интегрированной в пакет, программы GrDigit. Обработка экспериментальных данных может осуществляться как для одного измерения, так и набора (до 6 реограмм). Перевод крутящих моментов в концентрации узлов вулканизационной сетки осуществляется следующим образом: значения крутящих моментов переводятся в условные единицы: усл / M M M M M (4) тек min max min затем условные единицы переводят в (моль/кг), путем умножения M усл на масштабный коэффициент. Определение начальной концентраций C 0 ДАВ осуществляется по формуле: A 0 0 CA S8 AC Akt C (5)

Вестник ВГУИТ/Proceedings of VSUET, 3, 06 Рисунок. Структурная схема программного обеспечения Figure. Structural software scheme Апробация разработанного программного обеспечения В качестве исходных данных использованы реометрические кривые, полученные при следующих начальных условиях:. Значение концентрации серы в смеси: = 0,0078 моль/кг.. Концентрация ускорителя: = 0,009 моль/кг. 3. Концентрация активатора: θ = 0,00 моль/кг. На рисунке 3 приведены экспериментальные и расчетные значения концентрации вулканизационных узлов, полученные в результате решения ОКЗ. В таблице приведены рассчитанные значения констант скоростей реакций, в таблице оцененные значения стехиометрических коэффициентов и параметров модели. Таблица Значение констант скоростей реакций Table The value of the reaction rate constants Константа Constant Значения Values Константа Constant Значения Values k 0, k6 0,553 k 0, k7 0,96 k3 4,8 0-0 k8,3 k4,3 k8" 0, k5,89 0-0 Рисунок 3. Изменения концентраций узлов вулканизационной сетки во времени. Figure 3. Changes in the concentrations of the vulcanization grid points in time. the calculated values; experimental values. Оцифрованные и обработанные экспериментальные данные заносятся в программу, определяются начальные приближения и диапазон поиска констант, после чего выбирается метод оптимизации. Таблица Значения стехиометрических коэффициентов и параметров модели Table The values of stoichiometric coefficients and parameters of the model pas α β γ δ ξ θ η,4,0,9,65 0 8 0,97-4, 97

Вестник ВГУИТ/Proceedings of VSUET, 3, 06 Заключение На основе системного анализа теоретических подходов к описанию вулканизации усовершенствована общая структурная схема исследования данного процесса. Математическая модель процесса вулканизации дополнена начальными условиями, которые определены как функции исходных концентраций компонентов вулканизующей группы. Для решения обратной кинетической задачи предложены дополнительные критерии качества модели. Разработан программный продукт, предназначенный для проведения научно-исследовательских работ при изучении процессов вулканизации резиновых смесей с использованием многокомпонентных структурирующих систем. КПП имеет блочно-модульную структуру, что позволяет осуществлять его расширение без потери функциональности. Направлениями его модернизации является включение в состав математического описания неизотермического режима вулканизации с дальнейшей интеграцией в контур АСУТП в качестве экспертной информационно-управляющей системы для выдачи рекомендаций по управлению процессом вулканизации и принятия решений. Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания 04/ (номер НИР 304) по теме «Синтез многофункциональных систем контроля качества для пищевой и химической промышленности» ЛИТЕРАТУРА Тихомиров С.Г., Битюков В.К., Подкопаева С.В., Хромых Е.А. и др. Математическое моделирование объектов управления в химической промышленности. Воронеж: ВГУИТ, 0. 96 с. Хаустов И.А. Управление синтезом полимеров периодическим способом на основе дробной подачи компонентов реакции // Вестник ТГТУ. 04. 4 (0) С. 787 79. 3 Хаустов И.А. Управление процессом деструкции полимеров в растворе на основе дробной загрузки инициатора // Вестник ВГУИТ. 04. 4. С. 86 9. 4 Битюков В.К., Хаустов И.А., Хвостов А.А. и др. Системный анализ процесса термоокислительной деструкции полимеров в растворе как объекта управления // Вестник ВГУИТ. 04. 3 (6). С. 6 66. 5 Карманова О.В. Физико-химические основы и активирующие компоненты вулканизации полидиенов: дисс. д-ра техн. наук. Воронеж, 0. 6 Молчанов В.И., Карманова О.В., Тихомиров С.Г. Моделирование кинетики вулканизации полидиенов // Вестник ВГУИТ. 03.. С. 4 45. 7 Hardis., Jessop J.L.P., Peters F.E., Kessler M.. Cure kinetics characterization and monitoring of an epoxy resin using DSC, aman spectroscopy, and DEA // Composite. 03. Part A. V. 49. P. 00 08. 8 Javadi M., Moghiman M., eza Erfanian M., Hosseini N. Numerical Investigation of Curing Process in eaction Injection Molding of ubber for Quality Improvements // Key Engineering Materials. 0. V. 46 463. P. 06. EFEENCES Tikhomirov S.G., ityukov V.K. Podkopaeva S.V., Khromykh E.A. et al. Matematicheskoe modelirovanie ob ektov upravleniya v khimicheskoi promyshlennosti Voronezh, VSUET, 0. 96 p. (in ussian). Khaustov I.A. Management polymer synthesis batch process based on the fractional flow of the reaction components. Vestnik TGTU 04, no. 4 (0), pp. 787 79. (in ussian). 3 Khaustov I.A. Process control degradation of polymers in the solution based on the fractional loading of the initiator. Vestnik VGUIT 04, no. 4, pp. 86 9 (in ussian). 4 ityukov V.K., Khaustov I.A., Khvostov A.A. System analysis of the thermo oxidative degradation of polymers in solution as a control object. Vestnik VGUIT 04, no. 3 (6), pp. 6 66. (in ussian). 5 Karmanova O.V. Fiziko-khimicheskie osnovy i aktiviruyushchie komponenty vulknizatsii polidienov Voronezh, 0. (in ussian). 6 Molchanov V.I., Karmanova O.V., Tikhomirov S.G. Modeling the kinetics of vulcanization polydienes. Vestnik VGUIT 03, no., pp. 4 45. (in ussian). 7 Hardis., Jessop J.L.P., Peters F.E., Kessler M.. Cure kinetics characterization and monitoring of an epoxy resin using DSC, aman spectroscopy, and DEA. Composite, 03, part A, vol. 49, pp. 00 08. 8 Javadi M., Moghiman M., eza Erfanian M., Hosseini N. Numerical Investigation of Curing Process in eaction Injection Molding of ubber for Quality Improvements. Key Engineering Materials. 0, vol. 46 463, pp. 06. 98

Вестник ВГУИТ/Proceedings of VSUET, 3, 06 СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Сергей Т. Тихомиров профессор, кафедра информационных и управляющих систем, Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр-т Революции, 9, г. Воронеж, 394036, Россия, [email protected] Ольга В. Карманова зав. кафедрой, профессор, кафедра химии и химической технологии органических соединений и переработки полимеров, Воронежский государственный университет инженерных технологий, Лениннский пр-т, 4, г. Воронеж, 394000, Россия, [email protected] Юрий В. Пятаков доцент, кафедра информационных и управляющих систем, Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр-т Революции, 9, г. Воронеж, 394036, Россия, [email protected] Александр А. Маслов аспирант, кафедра информационных и управляющих систем, Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр-т Революции, 9, г. Воронеж, 394036, Россия, [email protected] INFOMATION AOUT AUTHOS Sergei G. Tikhomirov professor, department of information and control systems, Voronezh state university of engineering technologies, evolution Av., 9 Voronezh, ussia, [email protected] Olga V. Karmanova professor, head of department, department of chemistry and chemical technology of organic compounds and polymers processing, Voronezh state university of engineering technologies, Leninsky Av., 4 Voronezh, ussia, [email protected] Yurii V. Pyatakov associate professor, department of information and control systems, Voronezh state university of engineering technologies, evolution Av., 9 Voronezh, ussia, [email protected] Aleksandr A. Maslov graduate student, department of information and control systems, Voronezh state university of engineering technologies, evolution Av., 9 Voronezh, ussia, [email protected] КРИТЕРИЙ АВТОРСТВА Сергей Т. Тихомиров предложил методику проведения эксперимента и организовал производственные испытания Александр А. Маслов обзор литературных источников по исследуемой проблеме, провел эксперимент, выполнил расчеты Ольга В. Карманова консультация в ходе исследования Юрий В. Пятаков написал рукопись, корректировал её до подачи в редакцию и несет ответственность за плагиат КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. CONTIUTION Sergei G. Tikhomirov proposed a scheme of the experiment and organized production trials Aleksandr A. Maslov review of the literature on an investigated problem, conducted an experiment, performed computations Olga V. Karmanova consultation during the study Yurii V. Pyatakov wrote the manuscript, correct it before filing in editing and is responsible for plagiarism CONFLICT OF INTEEST The authors declare no conflict of interest. ПОСТУПИЛА 7.07.06 ECEIVED 7.7.06 ПРИНЯТА В ПЕЧАТЬ.08.06 ACCEPTED 8..06 99

Donmolot - Стройка и ремонт

Вулканизация и ее особенности. Способ управления процессом вулканизации Технология горячей вулканизации шин своими руками

Рекомендованный список диссертаций

Ингредиенты полифункционального действия на основе азометинов для технических резин 2010 год, доктор технических наук Новопольцева, Оксана Михайловна

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование кинетики вулканизации диеновых каучуков комплексными структурирующими системами»

Похожие диссертационные работы по специальности «Технология и переработка полимеров и композитов», 05.17.06 шифр ВАК

Моделирование неизотермической вулканизации автомобильных шин на основе кинетической модели 2009 год, кандидат технических наук Маркелов, Владимир Геннадьевич

Физико-химические основы и активирующие компоненты вулканизации полидиенов 2012 год, доктор технических наук Карманова, Ольга Викторовна

Шунгит - новый ингредиент для резиновых смесей на основе хлорсодержащих эластомеров 2011 год, кандидат химических наук Артамонова, Ольга Андреевна

Вулканизация резиновых смесей с использованием оксидов металлов различного типа и качества 1998 год, кандидат технических наук Пугач, Ирина Геннадьевна

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Молчанов, Владимир Иванович

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Молчанов, Владимир Иванович, 2000 год

Выводы

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ НЕЙРО-НЕЧЁТКОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСВЯЗНЫМИ ТЕПЛОВЫМИ ОБЪЕКТАМИ АГРЕГАТА ГУММИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТАЛЛА

Системный анализ управления многосвязными тепловыми объектами агрегата гуммированных покрытий

Рекомендованный список диссертаций

Ингредиенты полифункционального действия на основе азометинов для технических резин 2010 год, доктор технических наук Новопольцева, Оксана Михайловна

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование кинетики вулканизации диеновых каучуков комплексными структурирующими системами»

Похожие диссертационные работы по специальности «Технология и переработка полимеров и композитов», 05.17.06 шифр ВАК

Моделирование неизотермической вулканизации автомобильных шин на основе кинетической модели 2009 год, кандидат технических наук Маркелов, Владимир Геннадьевич

Физико-химические основы и активирующие компоненты вулканизации полидиенов 2012 год, доктор технических наук Карманова, Ольга Викторовна

Шунгит - новый ингредиент для резиновых смесей на основе хлорсодержащих эластомеров 2011 год, кандидат химических наук Артамонова, Ольга Андреевна

Вулканизация резиновых смесей с использованием оксидов металлов различного типа и качества 1998 год, кандидат технических наук Пугач, Ирина Геннадьевна

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Молчанов, Владимир Иванович

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Молчанов, Владимир Иванович, 2000 год

Выводы

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ НЕЙРО-НЕЧЁТКОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСВЯЗНЫМИ ТЕПЛОВЫМИ ОБЪЕКТАМИ АГРЕГАТА ГУММИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТАЛЛА

Системный анализ управления многосвязными тепловыми объектами агрегата гуммированных покрытий

Похожие материалы: