ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 6
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ .... 13
1.1 Механическое перемешивание растворов композитов ....................................... 13
1.1.1 Основные типы аппаратов с мешалками для перемешивания растворов
композитов ..................................................................................................................... 13
1.1.2 Влияние геометрических параметров аппарата с мешалкой на мощность,
расходуемую на перемешивание ................................................................................. 28
1.1.3 Перемешивание растворов композитов и оценка его эффективности ........... 35
1.2 Способы оценки качества смешения и диспергирования растворов
композитов ..................................................................................................................... 42
1.3 Аддитивные технологии для 3D-печати изделий
из полимерных материалов .......................................................................................... 49
1.3.1 3D-печать методом отверждения фотополимеров ........................................... 51
1.3.2 3D-печать методом послойного спекания порошковых материалов (SLS).. 52
1.3.3 3D-печать методом послойного наплавления (FDM) ....................................... 53
1.3.4 Выбор технологии 3D-печати для изготовления деталей
перемешиваемого оборудования ................................................................................. 55
1.3.5 Выбор кинематической схемы 3D-принтера ..................................................... 59
1.4 Выводы. Цель и задачи исследований................................................................... 62
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭЛАСТОМЕРНЫМИ НАНОКОМПОЗИТАМИ ПРИ
МЕХАНИЧЕСКОМ ПЕРЕМЕШИВАНИИ ................................................................ 67
2.1 Обоснование конструктивных и режимных параметров многолопастной
турбинной мешалки ...................................................................................................... 67
2.1.1 Условие образования суспензии в аппарате с мешалкой ................................ 67
3
2.1.2 Распределение скорости раствора нанокомпозита в
аппарате с мешалкой .................................................................................................... 69
2.1.3 Циркуляция жидкости в аппаратах с мешалкой ............................................... 80 2.1.4 Расчет насосного эффекта турбинной мешалки с наклонными лопатками.. 85
2.2 Способ оценки качества смешения растворов полимерных
композитов и устройство для его осуществления .................................................... 89
2.3 Обоснование выбора материала и режимов 3D-печати деталей оборудования для механизированного диспергирования
растворов полимерных нанокомпозитов .................................................................... 99
2.3.1 Обоснование выбора материала 3D-печати турбинной мешалки ................... 99
2.3.2 Обоснование выбора режимов 3D-печати мешалок турбинного типа для механизированного диспергирования растворов полимерных нанокомпозитов ........................................................................................................... 101
3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ........................... 113
3.1 Общая методика исследований ............................................................................ 113
3.2 Методика исследования времени и качества перемешивания раствора нанокомпозита в турбинной мешалке ....................................................................... 119
3.3 Методика исследования параметров режима 3D-печати деталей
аппарата с турбинной мешалкой .............................................................................. 119
3.4 Методика исследования конструктивных и режимных параметров
турбинной мешалки .................................................................................................... 122
3.5 Методика получения исследования минимального уровня выбраковки ........ 124
3.6 Методика сравнительной оценки качества перемешивания растворов эластомерных нанокомпозитов на оптимальных режимах, определенных различными способами ............................................................................................... 126
4
3.7 Методика исследования дегазации раствора эластомерного нанокомпозита ............................................................................................................. 129
3.8 Методика исследования дефектности покрытий после механического диспергирования.......................................................................................................... 130
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ ............................................................................................................ 131
4.1 Определение оптимальной высоты размещения мешалки и времени перемешивания раствора нанокомпозита ................................................................. 131
4.2 Оптимизация режима 3D-печати деталей аппарата с турбинной мешалкой ................................................................................................ 135
4.3 Оптимизация конструктивных и режимных параметров турбинной мешалки .................................................................................................. 138
4.4 Конструктивные параметры многолопастных турбинных мешалок с наклонными лопатками полной длины ..................................................................... 141
4.5 Исследование зависимости прочности пленок эластомерного
нанокомпозита от коэффициента пропускания ...................................................... 141
4.6 Сравнительная оценка качества перемешивания растворов эластомерных нанокомпозитов на оптимальных режимах, определенных различными способами ..................................................................... 143
4.6.1 Исследование оптимальной частоты вращения турбинных мешалок различных типоразмеров ............................................................................................ 143
4.6.2 Оценка адекватности модели оптимальной частоты вращения
турбинной мешалки .................................................................................................... 145
4.6.3 Оценка сходимости расчетной оптимальной частоты вращения,
по критериям подобия с фактической ....................................................................... 149
4.7 Исследование дегазации раствора эластомерного нанокомпозита.................. 150
5
4.8 Исследование дефектности покрытий после механического
диспергирования.......................................................................................................... 151
4.9 Исследование структуры и элементного состава эластомерных нанокомпозитов после механического перемешивания ......................................... 155
5 РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ................................................................................. 158
5.1 Технологические рекомендации .......................................................................... 158
5.2 Алгоритм и компьютерная программа расчета оптимальной частоты вращения турбинной мешалки ................................................................................... 159
5.3 Технология 3D-печати деталей аппарата с турбинной мешалкой ................... 161
5.2 Расчет экономической эффективности
технических решений в диссертации ....................................................................... 161
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 162
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ....................................................................... 164
ПРИЛОЖЕНИЯ ........................................................................................................... 176
