WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Рис. 1. Конвейерная СВЧ установка для научных исследований: а – общий вид; б – структурная блок-схема, где 1 – источник СВЧ энергии; 2 – ферритовый вентиль; 3 – аттенюатор; 4 – измерители падающей и отражённой мощности; 5 – СВЧ рабочая камера на прямоугольном волноводе с конвейерной лентой; 6 – калориметрическая балластная нагрузка; 7 – пульт управления; 8 – электрический привод конвейера

Разработана методика исследования воздействия СВЧ ЭМП на процесс отверждения ЭК на СВЧ установке.

Получены линейно приближенные уравнения регрессии, характеризующие степень влияния выбранных факторов: СВЧ мощности, (X1) времени СВЧ воздействия (X2) и объемного соотношения смолы и отвердителя в компаунде (X3) на параметры оптимизации: предел прочности при испытании на растяжение В, МПа (Y 1) и теплостойкость по способу Вика В, 0С (Y 2) с использованием метода планирования эксперимента:

;

.

В ходе проведения интерпретации математических моделей установлено, что наиболее влияющим фактором является СВЧ мощность, а также имеют место не только линейные эффекты факторов, но и их парные взаимодействия.

При оптимизации симплексным методом параметров процесса отверждения эпоксидного компаунда в СВЧ ЭМП определены оптимальные режимы СВЧ обработки ЭК, обеспечивающие наибольшее повышение прочности на разрыв и теплостойкости компаунда.

Установлено, что обработка ЭК в СВЧ ЭМП (рис. 2- 5) повышает предел прочности на разрыв В ЭК в 3-4 раза, теплостойкость В ЭК в 1,4-1,6 раза, твердость HV в 23,5 раза, по сравнению с ЭК, отвержденным на воздухе в естественных условиях, и интенсифицирует процесс отверждения ЭК в десятки раз (в 5-70 раз для разных режимов СВЧ обработки).

Третья глава посвящена исследованию влияния СВЧ электромагнитного поля на структуру ЭК. Исследование проводилось методом ИК-спектроскопии в области 450-1400 нм (рис. 6). Область пропускания 1000-1100 нм представляет особый интерес, так как она характерна для колебаний эпоксидных групп. Установлено, что у образца ЭК, отвержденного в СВЧ ЭМП, даже при малых уровнях мощности порядка 30 Вт (Руд = 1,2 Вт/см3) наблюдается смещение пика пропускания в область меньших волновых чисел на 45 нм по сравнению с образцом ЭК, отвержденным на воздухе. Увеличение интенсивности пика пропускания ЭК свидетельствует о снижении дефектности структуры низкомолекулярной фракции. С увеличением мощности СВЧ воздействия на ЭК снижается относительный коэффициент пропускания, что, по-видимому, связано с увеличением плотности низкомолекулярной области в структуре компаунда, которое приводит к повышению его прочности.

По мнению автора, механизм воздействия СВЧ ЭМП на структуру ЭК заключается в активации дипольно-групповой поляризации компаунда и как результат в изменении его топологической структуры, характеризующей распределение агломератов, их густоту. Снижение дефектности структуры низкомолекулярной фракции и увеличение размеров густосетчатых агломератов в структуре отвердевшего ЭК приводит к повышению его прочности и теплостойкости.

Получена приближенная математическая модель, описывающая фазовые переходы в полимерах при воздействии СВЧ электромагнитных колебаний.

Рассмотрен случай работы СВЧ установки в периодическом режиме при реализации технологического процесса с фазовым переходом без выраженного массопереноса.

Определение времени обработки одной порции ЭК, позволяет решение системы уравнений

, (1)

,

где к – коэффициент теплоотдачи конвекцией (процесс отверждения идет при температурах, при которых теплообмен излучением не играет решающей роли); коэффициент, учитывающий теплоту фазового перехода; Sк – поверхность объекта, с которого идет конвекция; V объем одной порции объекта, в котором реализуется фазовый переход; с, – удельная теплоемкость и плотность объекта; r – коэффициент, учитывающий затраты энергии на реализацию фазового перехода; m – масса отверждаемого объекта; Р – мощность, поглощенная от внешнего источника; – температурный параметр объекта.

Экспериментально установлено, что ускорение процесса отверждения возможно при малых уровнях мощности Р, когда температура ЭК в результате СВЧ воздействия повышается незначительно, тогда 0 и расчет и m производится по (2) и (3).

(2)

. (3)

Время обработки определяется по форомуле

. (4)

Если речь идет о режиме СВЧ обработки ЭК, когда фазовый переход происходит при достижении определенного температурного напора, то общее время обработки складывается из времени нагрева ЭК до заданной температуры и затрат времени на фазовый переход, тогда

. (5)

Определяя экспериментально входящие в соотношения для обр величины, можно исследовать влияние на фазовые переходы в объекте различных способов энергоподвода.

Четвертая глава посвящена разработке СВЧ установок модифицирующего воздействия (СВЧ УМВ) на ЭК и расчету их рабочих камер.

Приведены конструкции и расчет рабочих камер СВЧ УМВ для двух очевидных технологических процессов СВЧ модификации ЭК (рис. 7, 8):

  • для заливки ЭК после СВЧ модификации в узкие отверстия, формы и нанесение на большие поверхности.
  • при изготовлении заготовок, из которых после СВЧ модификации при помощи механической обработки изготавливаются детали, узлы, предназначенные для эксплуатации в машинах и аппаратах различного назначения.

а б

Рис. 7. Схема КЛТ для модификации ЭК при изготовлении изделий с большой поверхностью с одним (а) или с системой из нескольких (б) излучающих и приёмных рупоров: 1 - модифицируемый ЭК в радиопрозрачной форме; 2 – шлюзы; 3 – поглотитель; 4 – рабочая камера; 5 – излучающий рупор; 6 – приёмный рупор; 7 – балластная нагрузка

Рис. 8. СВЧ УМВ для изготовления изделий из ЭК методом свободной заливки: 1 - ЭК; 2 - бункер с питателем; 3 - поворот с винтовым нагнетателем и диэлектрической трубой-канализатором ЭК; 4 - шлюз; 5 - рабочая камера; 6 - рупорный излучатель; 7 - источник питания и СВЧ генератор; 8 - выходной питатель для заливки ЭК в формы; 9 - формы-изложницы; 10 - приёмный рупор; 11 - балластная нагрузка

Толщина модифицируемого ЭК определяется из условия

, (6)

где заданная напряжённость электрического поля СВЧ электромагнитной волны, при которой происходит модификация ЭК; ± допустимые отклонения от напряжённости, в пределах которой происходит модификация объекта; коэффициент затухания электромагнитной волны, проходящей от излучающего рупора в приёмный рупор через ЭК.

, (7)

где – максимальная толщина модифицируемого слоя ЭК; a,b – размеры апертуры излучателя; Р – СВЧ мощность; – длина волны; Z0 = 120, Ом - характеристическое сопротивление в вакууме.

. (8)

Если в (8) с, то

. (9)

Следовательно, заготовка из ЭК в КЛТ может быть изготовлена в том случае, если её допустимая толщина.

В этих расчётах и должны соответствовать тем значениям, которые предварительно определены экспериментально для процесса модификации ЭК. Приведённые соотношения получены в предположении, что в воздушном слое и модифицируемом объекте между рупорами распространяется плоская волна.

СВЧ воздействие на ЭК целесообразно осуществлять в рабочей камере, построенной на прямоугольном волноводе со слоем ЭК посередине широкой стенки, параллельно узкой и в коаксиальном волноводе с обрабатываемым слоем ЭК у внутреннего проводника (рис. 9). Рассмотрены компоненты напряжённостей СВЧ ЭМП в этих волноводах.

Считаем, что обработка объекта осуществляется волной квази-Н10, поскольку конфигурация линий напряжённостей Е и Н близки волне Н10 с однородным заполнением, если

(10)

Эти условия обычно выполняются при модификации ЭК. Тогда для инженерных расчётов фазовой постоянной можно использовать соотношение

, (11)

а постоянную затухания можно получить обобщением метода эквивалентных схем для волновода с волной Н10 при однородном заполнении

, (12)

которое при

(13)

что удовлетворяет случаю модификации эпоксидного компаунда, переходит в соотношение

. (14)

Для расчёта КБВ обычно заданным являются диэлектрические параметры обрабатываемой среды и tg, частота СВЧ ЭМК (частота СВЧ генератора), напряжённость электрического поля Е3 электромагнитной воны волны, при которой достигается необходимый технологический эффект, и допустимые отклонения от этого значения ±3, время обработки об, габаритные размеры рабочей зоны КБВ, мощность СВЧ генератора, производительность установки.

Длина рабочей зоны КБВ на прямоугольном волноводе, частично заполненном обрабатываемой средой, определяется из соотношения

. (15)

В инженерных расчётах величины l и можно найти для квази- Н10 волны по соотношению (14), а так как для ЭК выполняется неравенство (15), то можно рассчитывать по соотношению (16). Толщина слоя обрабатываемого ЭК d выбираем согласно формуле (12)

. (16)

Скорость движения обрабатываемой среды в технологическом канале зависит от давления, которое может развить на входе в КБВ питатель (рис. 9), и от параметров обрабатываемого объекта в технологическом канале. Чем больше, тем меньше должна быть l, при заданном. Соотношение (15) определяет наибольшую допустимую длину рабочей части КБВ.

Если требуется иметь в прямоугольном волноводе напряжённость, то потребуется генератор с мощностью

.

При расчете коаксиального волновода со слоем обрабатываемой среды вокруг внутреннего проводника длина рабочей зоны КБВ рассчитывается аналогично тому, как она рассчитывается для КБВ на прямоугольном волноводе (рис.10).

В инженерных расчётах величины l, могут быть найдены для квази-Т волны, где и tg определяются как эквивалентные tgэ в соотношении (12).

Толщина слоя обрабатываемой среды определяется как d = r3-r1. В коаксиальном волноводе, заполненном средой с tgэ, имеет место распространения квази-Т волны, если

.

Пятая глава посвящена разработке технологических рекомендаций отверждения ЭК в СВЧ электромагнитном поле при изготовлении литой изоляции обмоток силовых трансформаторов.

Рассмотрены особенности изготовления силовых трансформаторов с литой изоляцией обмоток, которые отличаются от традиционных масляных трансформаторов высокой пожаробезопасностью, надёжностью, пониженным уровнем шума, минимальными эксплуатационными расходами, компактностью. Однако их высокая стоимость, в среднем в 3 раза превышающая стоимость обычного масляного трансформатора, резко ограничивает широкое применение трансформаторов с литой изоляцией. Приведен типовой технологический процесс изготовления таких трансформаторов.

Новая технология позволяет упростить изготовление обмоток с литой изоляцией путем кратковременной (до 10 с) обработки заливаемого в гильзы компаунда СВЧ ЭМП. Обработанный таким образом ЭК сильно разжижается, потому равномерно заполняет любые полости, щели и поры, а последующее отверждение его происходит в десятки раз быстрее, чем отверждение компаунда без СВЧ. Таким образом, отпадает необходимость в вакуумной установке, в прессах. Оптимальные режимы СВЧ обработки эпоксидного компаунда позволяют улучшить качество литой изоляции, которое заключается в повышении прочности и теплостойкости (таблица).

Оптимальные технологические режимы СВЧ обработки эпоксидного

компаунда при производстве трансформаторов с литой изоляцией обмоток

Генерируемая мощность

Рген, Вт

Удельная поглощенная мощность Руд, Вт/см3

Время СВЧ обработки,с

Объемное соотношение смолы к отвердителю в ЭК

Время отверждения ЭК отв, мин

Е*,

В/м

Предел прочности на разрыв, МПа

Теплостойкость по способу Вика В,

560±20

14,3±1

9,9±0,5

12,4±0,2

210±6

6,62±0,5

41,2±1,4

80,3±1,5

*напряженность электрического поля электромагнитной волны, при которой достигается модификации ЭК

Снижение капитальных затрат на энергооборудование связано с отказом от применения вакуумного и прессового оборудования. Применение технологии СВЧ отверждения ЭК приведёт к сокращению времени на изготовления обмоток с литой изоляцией, снизит энергопотребление и сократит продолжительность технологического процесса в целом. Время изготовления обмоток с литой изоляцией сократится с 2-3 суток до 5 ч, в результате производительность возрастёт в 15 раз.

В приложении приводятся результаты калибровки специализированной конвейерной СВЧ установки, результаты статистической обработки экспериментальных данных, справки о внедрении и использовании результатов работы в производстве и учебном процессе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате работы решена важная научно-практическая задача, имеющая существенное значение для развития промышленности в части СВЧ техники и технологий модификации полимерных материалов. Обоснована актуальность работы по использованию энергии сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний для модификации эпоксидного компаунда. Это обосновывается следующими результатами:

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»