WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

СЛЕПЦОВА Салима Курмангалиевна

ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРУЮЩЕГО НЕТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЧ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ПОЛИМЕРНОГО ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА

Специальность 05.09.10 – Электротехнология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель:

заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Архангельский Юрий Сергеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Коломейцев Вячеслав Александрович

доктор технических наук, профессор

Севостьянов Владимир Петрович

Ведущая организация:

ЗАО «Научно-производственный центр «Алмаз-Фазотрон»»,

г. Саратов

Защита состоится «29» декабря 2008 г. в 13 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77, корп. 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан «___» ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ю.Б. Томашевский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из наиболее перспективных направлений развития хлопкопрядильной отрасли является разработка технологий производства новых видов смешанной хлопчатобумажной ткани, сочетающей положительные свойства натуральных и химических волокон.

Применение поликапроамидных (ПКА) волокон в смеси с другими химическими или природными волокнами для текстильных материалов позволяет придать последним свойства, которые отсутствуют у ПКА нитей, или в максимальной степени использовать их специфические свойства.

Одним из важных направлений в текстильной промышленности является повышение комплекса технологических свойств нитей путём физической модификации. Однако существующие методы модификации текстильных материалов не в полной мере отвечают современным требованиям. Использование СВЧ электромагнитных колебаний с целью улучшения качества и придания специфических свойств текстильным материалам является новым перспективным направлением.

Предварительные исследования показали, что нетепловая (кратковременная) обработка полимерных материалов в СВЧ электромагнитном поле изменяет их физико-механические свойства. В то же время остается невыясненной специфика нетеплового действия СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства ПКА нитей. Поэтому исследования, направленные на разработку и оптимизацию технологии обработки ПКА нитей в СВЧ электромагнитном поле, являются весьма актуальными.

Целью работы является изучение возможности нетепловой модификации свойств ПКА нитей в СВЧ электромагнитном поле и разработка методов расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических модифицирующих установок.

Достижение этой цели потребовало решения следующих задач:

1) подтвердить гипотезу о наличии нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства ПКА нитей;

2) исследовать влияние режимов СВЧ обработки на физико-механические свойства ПКА нитей;

3) разработать технологические рекомендации для процесса нетепловой модификации ПКА нитей в СВЧ электромагнитном поле;

4) разработать методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических установок для тепловой и нетепловой обработки ПКА нитей.

Методы и средства исследований. При решении поставленных задач теоретические и экспериментальные исследования опирались на основные положения СВЧ электротермии, физики и химии полимеров, технологию синтетических волокон.

В качестве технических средств при исследовании гипотезы о нетепловой модификации СВЧ электромагнитных колебаний на физико–механические свойства ПКА нитей использовались современные приборы: СВЧ воздействие на ПКА нити осуществлялось в камере со стоячей волной, магнетрон работал на частоте 2450 МГц при мощности 700 Вт, время воздействия измерялось с помощью электронного секундомера, для измерения температуры нитей применялись термометр и набор термопар ТХК, массу нитей определяли на электронных весах.

Для проведения исследований нетеплового модифицирующего СВЧ воздействия на диэлектрики разработана модульная конвейерная СВЧ установка с регулировкой уровня мощности и продолжительности процесса.

В качестве технических средств определения физико-механических свойств использовались контрольные приборы и инструменты:

– разрывная машина РМ-3-1 (ГОСТ 381-72) для определения прочностных свойств ПКА нити;

– аналитические весы ВЛА-200-М (ЗЛГ) для определения массы ПКА нитей;

– двухлучевой оптический спектроанализатор на базе монохроматора МДР-23 для ИК спектроскопии ПКА нитей.

Научная новизна работы состоит в том, что проведено системное исследование нетеплового модифицирующего воздействия СВЧ электромагнитного поля на ПКА нити и предложены методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических модифицирующих установок. В частности:

– выявлен факт нетепловой модификации физико-механических свойств профилированных ПКА нитей с помощью СВЧ электромагнитных колебаний;

– обнаружено влияние ориентации образца в СВЧ электромагнитном поле на величину получаемого эффекта;

– установлена зависимость физико-механических свойств ПКА нитей от времени воздействия и напряженности СВЧ электромагнитного поля;

– предложены конструкции и методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических установок для СВЧ модификации ПКА нитей.

Практическая ценность работы заключается в разработке новой технологии модификации поликапроамидных профилированных нитей и в разработке конструкций рабочих камер СВЧ электротехнологических модифицирующих установок.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) при кратковременном (до 15 с) воздействии СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити, с частотой 2450 МГц при мощности до 200 Вт, не наблюдается повышение их температуры;

2) при нетепловом воздействии СВЧ электромагнитных колебаний физико-механические свойства ПКА нитей (фактическая разрывная нагрузка, линейная плотность, относительное разрывное удлинение, удельная относительная разрывная нагрузка, термическая прочность) зависят от времени модифицирующего воздействия СВЧ электромагнитных колебаний и от величины напряженности электрического поля электромагнитной волны;

3) нетепловое модифицирующее воздействие СВЧ электромагнитного поля на ПКА нити максимально при расположении нити в электромагнитном поле параллельно вектору ;

Реализация результатов работы. Работа выполнена на основании плана научной работы ведущей научной школы России НШ – 9553.2006.8 (СГТУ).

Результаты диссертационной работы используются при чтении курса лекций по дисциплине «СВЧ электротермические установки и системы» для студентов специальности 14 06 05 – «Электротехнологические установки и системы» на кафедре «Автоматизированные электротехнологические установки и системы» СГТУ и в дипломном проектировании.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 5-й Международной научной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение» (МКЭЭЭ-2003), г. Алушта, 2003 г., на 4-й международной конференции молодых учёных и студентов «Актуальные проблемы современной науки», г. Самара, 2003 г., а также на научных семинарах кафедры «Автоматизированные электротехнологические установки и системы» СГТУ (2002-2008 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 120 наименований, приложения, содержит 166 страниц основного текста, в том числе 45 страниц с 51 рисунком и 13 страниц списка литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность, цель работы, решаемые задачи, методы исследования, научная новизна, научные положения, выносимые на защиту, реализация результатов работы, указаны апробация работы, структура и объем диссертации.

Первая глава «Влияние СВЧ электромагнитных полей на диэлектрические среды» посвящена сравнительному анализу влияния СВЧ электромагнитных колебаний (полей) на различные диэлектрические среды. Определены два вида воздействия электромагнитного поля на материалы и среды, такие как тепловое и нетепловое. Рассмотрены области наблюдения нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на среды.

Широкое распространение получили тепловые воздействия. Они используются в различных технологических процессах, таких, например, как нагрев и сушка. В то же время исследования, проведенные на молекулярном, клеточном, органном уровнях, показали, что, например, живые системы независимо от уровня их организации чувствительны к действию электромагнитных колебаний миллиметрового диапазона нетепловой интенсивности.

Исследования нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на небиологические объекты и органические объекты неживой природы носят фрагментарный характер. В настоящее время имеются сведения о возможности модификации свойств при нетепловой обработке в СВЧ электромагнитном поле таких материалов, как эпоксидные компаунды, смазочно-охлаждающие жидкости, вязкие смазки, применяемые в триботехнических парах. Эти сведения указывают на эффективность такого способа модификации свойств полимерных материалов. Подразделение нетеплового воздействия по назначению требует дополнительного уточнения, однако уже сейчас очевидно, что речь идет об изменении физико-механических и технологических свойств модифицируемого материала.

Проведен анализ методов модификации полимерных материалов. Так, известны электрофизические методы воздействия на среду, которые, практически не вызывая нагрева, приводят к изменению ее физико-механических свойств (лазерное излучение) и даже к полной модификации вещества (ионизирующее излучение), а также физические и химические методы модификации полимерных материалов.

Необходимость технологий модификации полимерных волокон связана, в некоторых случаях, с многостадийностью традиционных процессов, высокими энерго- и трудозатратами, экологической напряженностью производства.

Электрофизическая модификация полимерных волокон в СВЧ электромагнитном поле, новизна которой заключается в нетепловой обработке нитей, стимулируется рядом причин:

  • интенсификацией процесса нетепловой обработки за счет объемного проникновения электромагнитной волны в материал;
  • равномерностью воздействия СВЧ электромагнитного поля на материал;
  • быстротой процесса воздействия;
  • отсутствием загрязнения изделия в процессе обработки;
  • высокой точностью управления технологическим процессом благодаря возможности точного дозирования энергии СВЧ электромагнитных колебаний;
  • экологически благоприятными условиями.

Вторая глава «Экспериментальные исследования влияния СВЧ электромагнитных колебаний на полимерный волокнистый материал» посвящена исследованию модифицирующего нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства ПКА нити (волокна). Поликапроамид является представителем большой группы полимеров, называемых полиамидами. К важнейшим свойствам, обеспечивающим широкое применение волокон на его основе, относятся прочность, удлинение, эластичность, устойчивость к многократному изгибу и истиранию, стойкость к низким и высоким температурам.

Проведена проверка гипотезы о нетепловом воздействии СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити белого цвета круглого сечения. Под нетепловым влиянием СВЧ электромагнитных колебаний на объект понимается кратковременное воздействие СВЧ электромагнитного поля при фиксированном уровне СВЧ мощности, когда изменения температуры объекта практически не происходит (не фиксируется).

СВЧ воздействие на образец проводилось в камере со стоячей волной на частоте 2450 МГц при мощности 700 Вт (рис.1). После СВЧ воздействия определялись прочностные свойства ПКА нитей по ГОСТ 381-72 с помощью разрывной машины РМ-3-1.

Рис.1. Схема расположения образца в СВЧ камере со стоячей волной: а горизонтальное, б вертикальное (1 СВЧ камера, 2 балластная нагрузка, 3 образец ПКА нити, 4диэлектрическая подставка)

Исследования показали, что нетепловое воздействие СВЧ электромагнитных колебаний повышает относительную разрывную нагрузку ПКА нитей по сравнению с необлученными в зависимости от времени обработки в среднем на 12 -15% (рис. 2. Здесь и далее зависимости построены по средним значениям измеренной величины при десятикратном повторении измерений в одних и тех же условиях).

Через 7 и 30 дней с момента обработки ПКА нитей в СВЧ электромагнитном поле контролировалась стабильность их прочностных свойств. Установлена незначительная релаксация удельной относительной разрывной нагрузки на 3-6 % (рис.2).

Исследования влияния ориентации образца в камере со стоячей волной на величину показали, что СВЧ воздействие дает лучший эффект при вертикальном расположении образца ПКА нитей, чем при горизонтальном (рис.3). Этот факт показывает влияние напряженности электрического поля электромагнитной волны на модификацию свойств волокнистого полимера.

Таким образом, при проверке гипотезы о нетепловом воздействии СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити:

- разработана методика обработки ПКА нитей в СВЧ электромагнитном поле;

- выявлен факт нетепловой модификации физико-механических свойств ПКА нитей с помощью СВЧ электромагнитных колебаний;

- установлена зависимость относительной разрывной нагрузки ПКА нитей от времени воздействия СВЧ электромагнитного поля при различной ориентации образца относительно вектора напряженности Е электромагнитной волны;

- установлено, что модифицированные свойства ПКА нитей в течение месяца релаксируют незначительно.

Pages:     || 2 | 3 |






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