Hydrodynamic Modeling of Calender Forming (Pressing) of Sheet and Roll Composites

Abstract

Постановка задачи. Исследуется проблема производства необходимых для строительной отрасли листового и рулонного композитов в условиях вальцево-каландровой переработки и прессования полимерных материалов и армирующей ленты. Решение указанной проблемы проводится в рамках гидродинамической модели стационарного, изотермического течения вязкой, несжимаемой среды в плоском симметричном слое между двумя одинаковыми цилиндрами (каландрами), вращающимися в противоположных направлениях с равными скоростями. Целью такой постановки является анализ напряженно-деформированного состояния среды в условиях каландрования, а также получение на стадии проектирования технологического процесса формования результатов расчета комплекса энергосиловых параметров, позволяющих управлять процессом каландрования. Результаты и выводы. Используя приближенные уравнения Рейнольдса в части деформируемой среды, находящейся в непосредственном соприкосновении с цилиндрами, в предположении, что ее реологические свойства соответствуют ньютоновской жидкости, получены аналитические выражения для силовых и кинематических параметров прессования, зависящих от толщины формуемого слоя и скорости вращения вальцов. Исходя из условия равновесия получено выражение для величины силы тяги, обеспечивающей процесс формовки. Показано, что величина коэффициента трения качения убывает с уменьшением толщины слоя, удельной распорной силы, а также угловой скорости вращения. Statement of the problem. The problem of production of sheet and roll composites necessary for the construction industry in the conditions of roll-calender processing and pressing of polymer materials and reinforcing tape is investigated. The solution of this problem is carried out within the framework of a hydrodynamic model of a stationary, isothermal flow of a viscous, incompressible medium in a flat symmetrical layer between two ideal cylinders (calenders) rotating in opposite directions with equal speeds. The purpose of such a statement is to analyze the stress-strain obtained under calendering conditions, as well as to obtain at the design stage of the molding process the results of calculating a complex of energy-power parameters that allow controlling the calendering process. Results and conclusions. Using the approximate Reynolds equations in the part of the deformable medium in direct contact with the cylinders, assuming that its rheological properties correspond to a Newtonian fluid, analytical expressions are obtained for the force and kinematic parameters of pressing, depending on the thickness of the formed layer and the speed of rotation of the rollers. Based on the equilibrium condition, an expression is obtained for the magnitude of the thrust force that ensures the molding process. It is shown that the value of the rolling friction coefficient decreases with a decrease in the thickness of the layer, the specific spacer force, as well as the angular velocity of rotation.