Введение
1 Состояние проблемы и основные задачи исследования 12
1.1 Структура, основные особенности образования и утилизации отходов современного сельскохозяйственного производства 12
1.2 Биоразлагаемые полимерные материалы для упаковки сельскохозяйственной и пищевой продукции 16
1.2.1 Виды, технические требования и материалы, применяемые для производства упаковки из пленочных материалов 16
1.2.2 Сравнительная характеристика композиционных материалов на основе синтетических и биополимеров 17
1.2.3 Виды, получение и требования к мелкодисперсным наполнителям, придающим композициям на основе синтетических полимеров свойства биоразлагаемости 18
1.3 Технологические процессы и оборудование для производства полимерных композиций и переработки их в пленочные материалы 24
1.3.1 Общие принципы технологии 24
1.3.2 Применяемое оборудование 27
1.3.3 Сравнительная характеристика экструзионно-выдувного и плоскощелевого методов получения упаковочных пленок 31
1.3.4 Анализ конструкций плоскощелевых экструзионных головок и методов выравнивания потока экструдата 32
1.3.5 Принципы проектного расчета плоскощелевых головок для производства упаковочных пленок 35
1.3.6 Реологические модели, применяемые для описания течения полимерных материалов при экструзии 37
1.4 Методы изучения эксплуатационных и технологических характеристик биоразлагаемых полимерных композиций 39
1.4.1 Приборы и методы изучения физико-механических и реологических свойств полимерных композиций 39
1.4.2 Приборы и методы оценки способности композиционных материалов к биодеградации под действием природных факторов 44
1.5 Цель и задачи исследования 48
2 Разработка метода расчета и усовершенствование конструкции плоскощелевой экструзионной головки для производства упаковочных пленок 50
2.1 Допущения, граничные условия и уравнения математической модели течения неньютоновской жидкости в каналах плоскощелевой экструзионной головки 50
2.1.1 Принципиальные схемы плоскощелевых экструзионных головок 50
2.1.2 Дифференциальные уравнения механики сплошной среды, описывающие течение расплавов полимеров в каналах плоскощелевых экструзионных головок 52
2.2 Основные особенности и принципы моделирования технологических процессов производства изделий из полимерных материалов в пакете ANSYS Polyflow 55
2.3 Расчетная схема и численный анализ в пакете ANSYS Polyflow течения расплава в плоскощелевых головках коллекторного типа с регулирующими планками 57
2.3.1 Расчетная схема, аналитический и численный расчет течения расплава в трубе постоянного диаметра 57
2.3.2 Расчетная схема и численный анализ течения расплава в плоскощелевой головке с коллектором типа «рыбий хвост» 63
2.3.3 Расчетная схема и численный анализ течения расплава в плоскощелевой головке с коллектором Т-образного типа 68
2.3.4 Расчетная схема и численный анализ течения расплава в плоскощелевой головке с коллектором типа «вешалка» 73
2.4 Выводы к главе 2 77
3 Методики экспериментальных и теоретических исследований 79
3.1 Программа исследований 79
3.2 Методика изучения процессов измельчения органических наполнителей в одностадийном и двухстадийном режимах 80
3.3 Методика компаундирования компонентов композиционных материалов на лабораторном смесителе периодического действия PolyLab Rheomix 600 OS 82
3.4 Методика компрессионного формования пластин для физико-механических и реологических испытаний на лабораторном прессе GT-7014-Н50С 85
3.5 Методики исследования технологических и эксплуатационных характеристик композиционных материалов 87
3.5.1 Методика исследования физико-механических характеристик 87
3.5.2 Методика испытаний на влагопоглощение 89
3.5.3 Методика исследования реологических характеристик расплавов в режиме вынужденных колебаний 90
3.6 Методика оценки способности композиционных материалов к биодеградации 91
3.7 Методика тарировки объемных дозаторов экструдера 92
3.8 Методика компаундирования компонентов композиционных материалов на лабораторном двухшнековом экструдере сонаправленного вращения PolyLab Rheomex PTW 16 PolyLab 94
3.9 Методика расчета плоскощелевой экструзионной головки для производства упаковочных пленок 103
3.10 Выводы к главе 3 105
4 Результаты экспериментальных и теоретических исследований 106
4.1 Результаты изучения процессов измельчения растительных отходов АПК в одностадийном и двухстадийном режимах 106
4.2 Разработка составов и исследование эксплуатационных и технологических свойств биоразлагаемых композитов на основе ПЭНД 273-83 и крахмала 108
4.3 Разработка составов и исследование эксплуатационных и технологических свойств биоразлагаемых композитов из смеси полиолефинов и мелкодисперсной пивной дробины 115
4.3.1 Разработка составов биоразлагаемых композитов из смеси полиолефинов и мелкодисперсной пивной дробины 115
4.3.2 Результаты исследования эксплуатационных и технологических свойств полученных композитов 117
4.3.3 Результаты исследования способности полученных композитов к биоразложению 123
4.4 Разработка составов и исследование эксплуатационных и технологических свойств биоразлагаемых композитов из смеси полиолефинов и мелкодисперсного свекловичного жома 125
4.4.1 Разработка составов биоразлагаемых композитов из смеси полиолефинов и мелкодисперсного свекловичного жома 125
4.4.2 Результаты исследования эксплуатационных и технологических свойств полученных композитов и их способности к биоразложению 127
4.5 Разработка лабораторного техпроцесса производства упрочненной пленки методом плоскощелевой экструзии из биоразлагаемого термопластичного композита, наполненного мелкодисперсным свекловичным жомом 132
4.6 Проверка адекватности математической модели течения расплава в плоскощелевой головке типа «рыбий хвост» 138
4.7 Выводы к главе 4 140
5 Рекомендации по применению разработанных композиционных материалов и технологий их переработки в биоразлагаемые упаковочные пленки 142
5.1 Методы и оборудование для термоформования упаковочных изделий из плоских полимерных заготовок 142
5.2 Оценка экономической эффективности предлагаемых мероприятий 148
5.3 Выводы к главе 5 152
Заключение 153
Список литературы 157
Приложения 170
