Герасименко Ю. Ю. Обладнання та процес з'єднання елементів гнучкої упаковки термопластичним клейовим матеріалом

Герасименко Ю.Ю. Обладнання та процес з’єднання елементів гнучкої упаковки термопластичним клейовим матеріалом. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 131 «Прикладна механіка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. Дисертаційну роботу присвячено дослідженню обладнання та процесів підготування термопластичного клейового матеріалу, утворення термоклейового з’єднання елементів упаковки та його механічних характеристик, що дає змогу обґрунтувати раціональні технологічні режими, потрібні для проєктування та експлуатації пакувального обладнання. Технологія з’єднання термопластичним клейовим матеріалом широко застосовується в різних галузях промисловості для утворення з’єднань в картонно-паперовому, полімерному й комбінованому пакованні. Для задоволення потреб споживачів необхідно забезпечити достатній рівень міцності паковання та зручність його використання. Тому при створенні міцної якісної упаковки важливо приділяти особливу увагу правильному підбору матеріалів та обладнання, а також підготовці розплаву термопластичного клейового матеріалу та процесу з’єднання поверхонь. Проведено аналітичний огляд сучасного стану дослідження процесу плавлення термопластичного клейового матеріалу та процесу руйнування термоклейового з’єднання. Розглянуто існуючі методи моделювання обладнання та процесу плавлення термоклею та утворення термоклейового з’єднання. Розглянуті сучасні конструкції для розплаву та нанесення термоклею мають ряд недоліків, зокрема повільний процес плавлення та його нерівномірність, а також недостатню інтенсивність набуття полімерним матеріалом температури плавлення. Для моделювання процесу плавлення термоклею в роботі використано математичну модель неізотермічного руху розплаву полімеру в каналі. Розв’язана задача переходу від твердого до в’язкотекучого стану й навпаки. Проведено дослідження ефективності плавлення термоклею в розплавлювачах циліндричної форми, циліндричної форми з соплом, трубчастої форми з дорном та черв’ячного типу. Отримані результати довели доцільність використання вдосконаленої конфігурації розплавлювача термоклею. Визначено раціональну геометрію з точки зору найбільшої інтенсивності нагріву термоклею. Дослідження плавлення у розплавлювачі для термоклею трубчастої форми показало, що така конфігурація дає змогу збільшити продуктивність зі збереженням енергоспоживання. Запропоновано більш раціональну конструкцію розплавлювача термопластичного клейового матеріалу черв’ячного типу з попередньо виготовленим прутком у вигляді стрічки. Перевагами запропонованої конструкції є збільшення швидкості плавлення полімерного матеріалу, зменшення габаритів і маси пристрою та зменшення енергоємності. Для дослідження процесу плавлення термоклею в черв’ячному каналі розроблено комп’ютерну розрахункову модель на базі методу скінченних елементів і проведено числові розрахунки. У результаті розрахунків було отримано розподіл температур по довжині каналу вздовж осі черв’яка за різних значень кутової швидкості черв’яка. Отримано залежності, що дають змогу регулювати температуру термоклею на виході з розплавлювача та витрати матеріалу під час зміни швидкості черв’яка. Змодельовано процес утворення шва термоклейового матеріалу під дією зусилля притиску та охолодження. Спрогнозовано залежність форми шва від значення зусилля притиску та витрати термоклейового матеріалу. Результати моделювання підтверджено експериментально. Для моделювання процесу руйнування термоклейового з’єднання використано математичну модель адґезійної зони на базі механіки суцільних середовищ з використанням параметрів міцності та енергії для прогнозування поширення тріщини в з’єднанні. Експериментально встановлено зв’язок між витратою термоклею й міцністю термоклейового з’єднання, а також отримано найбільш доцільне з точки зору міцності значення витрати. Удосконалені конструкції пристрою для плавлення та нанесення термоклею захищено патентами України на корисну модель. Проведено експериментальні дослідження на розрив стрічкових зразків гнучких пакувальних матеріалів, з’єднаних розплавом термоклею. Наукова новизна одержаних результатів полягає у створенні методів дослідження і вдосконалення обладнання та процесу утворення й руйнування термоклейового з’єднання, що забезпечує визначення конструктивних параметрів обладнання і раціональних технологічних режимів з’єднання термопластичним клейовим матеріалом.