vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2017-1-90-94vguit-1389Research ArticleИнформационные технологии, моделирование и управлениеInformation technologies, modeling and managementСинтез структуры и параметрическая идентификация математической модели процесса сшивки активных сополимеров при получении древоподобного термоэластопластаThe synthesis of structure and parametrical identification of mathematical model of process of a stitching of active copolymers when receiving a treelike thermoelastolayersТихомировС. Г.TikhomirovS. G.

д.т.н., профессор, кафедра информационных и управляющих систем, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

doctor of technical sciences, professor, informational and control systems department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

malish.1365@yandex.ruХаустовИ. А.KhaustovI. A.

к .т. н., доцент, кафедра информационных и управляющих систем, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

candidate of technical sciences, assistant professor, informational and control systems department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

РылевС. С.RylevS. S.

к.т.н, старший преподаватель, кафедра информационных и управляющих систем, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

candidate of technical sciences, senior lecturer, informational and control systems department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

ДуроваЕ. С.DurovaE. S.

магистрант, кафедра информационных и управляющих систем, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия

master student, informational and control systems department, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

Воронежский государственный университет инженерных технологийРоссияVoronezh state university of engineering technologiesRussian Federation2017240320177919094Copyright © Тихомиров С.Г., Хаустов И.А., Рылев С.С., Дурова Е.С., 20172017Тихомиров С.Г., Хаустов И.А., Рылев С.С., Дурова Е.С.Tikhomirov S.G., Khaustov I.A., Rylev S.S., Durova E.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/1389

Термоэластопласты представляют собой перспективный класс полимерных материалов, свойства которых близки к свойствам обычных резин, но в отличие от них перерабатываются высокопроизводительными методами, применяемыми при переработке пластмасс, исключают стадию вулканизации из технологической схемы и способны к многократной переработке. Поставлена и решена задача моделирования кинетики процесса сшивки при получении теормоэластопласта с древоподобной молекулярной структурой. При сшивке двухблочника для получения термоэластопластов с древоподобной молекулярной структурой в качестве сшивающего агента применяется полифункциональный сочетающий агент. На основании имеющихся экспериментальных данных о молекулярно-массовом распределении термоэластопластов и анализе различных комбинаций молекул полимера предложена кинетическая схема процесса сочетания. Схема учитывает возможность присоединения активного двухблочника к каждой функциональной группе молекулы сочетающего агента различной структуры. Математическая модель процесса, протекающего в реакторе идеального смешения периодического действия, представлена в виде системы дифференциальных уравнений при моделировании процесса принято допущение, что скорость реакции сочетания зависит от подвижности молекул, вступающих в реакцию. При решении задачи параметрической идентификации в качестве критерия оптимальности принята сумма квадратов невязки экспериментально определенных и теоретически предсказанных концентраций молекул термоэластопластов каждой структуры. Вычислительный эксперимент показал, что сочетающий агент реагирует с активным двухблочником в основном по двум и трем функциональным группам. Синтезированная модель позволяет осуществлять оценку концентрации сочетающего агента, полистирол-полибутадиенлития и термоэластопласта с различной молекулярной массой в непрерывной временной области. Относительная погрешность полученных результатов составляет 9,3%. Анализ полученных в ходе моделирования результатов исследования позволяет сделать вывод о том, что предложенная модель качественно верно описывает процесс сочетания.

Thermoplastic elastomers are a promising class of polymeric materials whose properties are close to those of conventional rubbers. Thermoplastic elastomers are recycled by high-performance methods used to process plastics in contrast to ordinary rubbers. Also thermoplastic elastomers exclude the stage of vulcanization from the technological scheme and they are capable of multiple processing. The problem of modeling of the kinetics of the crosslinking process in the preparation of a thermal elastoplast with a treelike structures was formulated and solved. The polyfunctional coupling agent used as crosslinking agent for crosslinking of diblock to produce thermoplastic elastomers with a treelike structures. A kinetic scheme of the coupling process is proposed. It based on the available experimental data on the molecular weight distribution of thermoplastic elastomers and the analysis of various combinations of polymer molecules. The scheme takes into account the possibility of attaching the active diblock to each functional group of the combining agent molecule of different structures. The mathematical model of the process taking place in the reactor of an ideal mixing of a periodic action is represented of the system in the form of differential equations. Modeling the process, it is assumed that the rate of the coupling reaction depends on the mobility of the molecules which enter into the reaction. The sum of the squares of the discrepancy of experimentally determined and theoretically predicted concentrations of thermoplastic elastomers of each structure is adopted as an optimality criterion for solving the problem of parametric identification. The computational experiment showed that the combining agent reacts with the active diblock mainly in two and three functional groups. The synthesized model allows to evaluate the concentration of the coupling agent, polystyrene-polybutadiene-lithium and thermoplastic elastomer with different molecular weight in a continuous time domain. The relative error in the results is 9.3%. The analysis results obtained allows us to conclude that the proposed model qualitatively correctly describes the coupling process.

термоэластопластыполимер древоподобной структурысочетающий агентматериальный баланс реактора смешения периодического действияматематическое моделированиеидентификацияпрогноз.thermoplastic elastomerspolymer tree-like structurecoupling agentof the reactor material balance mixing batchReferencesМоисеев В.В. Термоэластопласты. М.: Химия, 1985. 184 с.Moiseev V.V. Termoelastoplasty [Elastomers] Moscow, Khimiya, 1985. 184 p. (in Russian).Юдин В.П., Шаталов В.П., Нестерова С.И. и др. Синтез, свойства и применение изопрен-стирольных и бутадиен-стирольных термоэластопластов. М.: ЦНИИТ Энефтехим, 1975. 61 с.Yudin V.P., Shatalov V.P., Nesterova S.I. et al. Sintez, svoistvai primenenie izoprenstirol’nykh termoelastoplastov [Synthesis, Properties and Applications isoprene-styrene and styrene-butadiene thermoelastolayers] Moscow, TsNIITEneftehim, 1975. 61 p. (in Russian).Юдин В.П., Хаустов И.А., Рыжкин А.В. О путях моделирования реакций синтеза эластомеров с разветвленной структурой // Материалы XL отчетной научной конференции за 2001 год ВГТА. Воронеж: ВГТА, 2002. С. 83–86.Yudin V.P., Khaustov I.A., Ryzhkin  A.V. On the ways of modeling synthesis reactions elastomers with a branched structure. Materialy XL otchetnoi nauchnoi konferentsii za 2001 god [Proceedings of the scientific conference reporting XL 2001 VSTA] Voronezh, VSTA, 2002, pp. 83–86. (in Russian).Битюков В.К., Тихомиров С.Г., Лебедев В.Ф., Хаустов И.А.и др. Моделирование и контроль параметров качества в процессах растворной полимеризации. Воронеж: ВГУИТ, 2011. 172 с.Bityukov V.K., Tikhomirov S.G., Lebedev V.F., Khaustov I.A. et al. Modelirovanie I kontrol’ parametrov kachestva v protsessakh polimerizatsii [Modeling and control quality parameters in the processes of solution polymerization] Voronezh, VGUIT, 2011. 172 p. (in Russian).Тихомиров С.Г., Хаустов И.А., Моторин М.Л. Использование математической модели для оценки концентрации активных центров полимеризации в начале процесса синтеза термоэластопластов // Вестник ВГТА. 2011. № 6(48). С. 38–41.Tikhomirov S.G., Khaustov I.A., Motorin M.L. Using a mathematical model to estimate the concentration of active polymerization centers early in the process of synthesis of thermoplastic. Vestnik VGTA [Proceedings of VSTA] 2011, no. 6 (48), pp.38–41 (in Russian).Битюков В.К., Тихомиров С.Г., Хаустов И.А., Моторин М.Л. Математическое моделирование синтеза термоэластопластов с учетом реакции инициирования и влияния вязкости среды на порядок реакции // Системы управления и информационные технологии. 2011. № 3.2 (45). С. 216–220.Bityukov V.K., Tikhomirov S.G., Khaustov I.A., Motorin  M.L. Mathematical modeling synthesis of thermoplastic elastomers based on the initiation reaction and the effect of viscosity on the order of the reaction medium. Sistemy upravleniya I informatsionnye tekhnologii [Control systems and information technologies] 2011, no. 3.2 (45), pp. 216–220 (in Russian).Битюков В.К., Тихомиров С.Г., Хаустов И.А., Моторин М. Л. Оптимизация процесса синтеза термоэластопластов с использованием методик определения начальной температуры полимеризации // Вестник ВГУИТ. 2010. № 2(44). С. 64–68.Bityukov V.K., Tikhomirov S.G., Khaustov I.A., Motorin  M.L. Optimization of thermoplastic synthetic process using techniques determining the initial polymerization. Vestnik VGUIT [Proceedings of VSUET] 2010, no. 2 (44), pp. 64–68 (in Russian).Битюков В.К., Тихомиров С.Г., Лебедев В.Ф., Хвостов А.А. и др. Управление качеством в процессах растворной полимеризации. Воронеж: Воронеж. гос. технол. акад., 2008. 156 с.Bityukov V.K., Tikhomirov S.G., Lebedev V.F., Khvostov A.A. et al. Upravlenie kachestvom v protsessakh rastvornoi polimerizatsii [Quality management in the process of disductive polymerization] Voronezh, VGTA, 2008, 156. p. (in Russian).Хаустов И.А. Управление синтезом полимеров периодическим способом на основе дробной подачи компонентов реакции // Вестник ТГТУ. 2014. № 4 (20). С. 787–792.Khaustov I.A. Synthesis of polymers batch process management, based on the fractional flow of the reaction components. Vestnik TGTU [Proceedings of TSTU] 2014, no. 4 (20), pp. 787–792. (in Russian).Битюков В.К., Тихомиров С.Г., Хаустов И.А., Моторин М.Л. Система управления анионной полимеризацией с контролем качества по ММР // Системы управления и информационные технологии. 2011. № 4(46). С. 73–78.Bityukov V.K., Tikhomirov S.G., Khaustov I.A., Motorin  M.L. Anionic polymerization control system of quality control for the MMP. Sistemy upravleniya I informatsionnye tekhnologii [Control systems and information technologies] 2011, no.  4 (46). pp. 73–78. (in Russian)Kayode Coker A. Modeling of Chemical Kinetics and Reactor Design, 2001. 1096 p.Kayode Coker A. Modeling of Chemical Kinetics and Reactor Design, 2001. 1096 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.