WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Для проведения детальных исследований модифицирующего СВЧ воздействия на диэлектрики, в том числе на полимеры, была разработана модульная конвейерная установка СВЧ воздействия на исследуемые объекты с регулировкой уровня СВЧ мощности и продолжительности процесса (рис.4, 5).

Исследования на этой установке проводились при СВЧ мощности 100, 125, 150, 200 Вт, время облучения принимали 6 с (минимальное время обработки при максимальной скорости движения транспортной ленты), 8, 10, 12, 15 с.

Исследования показали, что по сравнению с исходным образцом у образцов, прошедших нетепловую СВЧ обработку, на 2,5-13,9% увеличилась линейная плотность (рис.6), на 2,7-10 % уменьшилась удельная относительная разрывная нагрузка обработанных в СВЧ электромагнитном поле ПКА нитей (рис.7), хотя фактическая разрывная нагрузка при мощности 100 Вт и времени воздействия 8 и 10 с у модифицированных образцов выше, на 4,8-25 % увеличилось относительное разрывное удлинение, что свидетельствует об увеличении эластичности волокна (рис. 8).

Исследовалась зависимость времени с начала кондуктивного нагрева ПКА нити до её разрыва от параметров её нетепловой модификации (рис. 9). У модифицированных ПКА нитей время разрыва составляло от 149 до 720 с и выше, что по сравнению с исходными образцами в 2,5-12 раз больше. Этот факт показывает, что у модифицированных ПКА нитей повышается термостойкость по сравнению с необлученными нитями.

Исследования влияния ориентации образца в СВЧ электромагнитном поле относительно вектора напряженности проводились при мощности СВЧ 100 Вт, так как предварительные исследования режимов показали, что наилучшие значения контролируемых параметров были при этой мощности СВЧ.

Установлено, что при расположении нити параллельно вектору напряженности электрического поля при обработке 8-15 с наблюдается увеличение времени разрыва ПКА нити по сравнению с нитями, расположенными перпендикулярно вектору напряженности электрического поля (рис.10).

При ориентации ПКА нити в СВЧ электромагнитном поле параллельно вектору напряженности разрывное удлинение увеличилось на 36,4-46,2% по сравнению с у нити, ориентированной перпендикулярно вектору напряженности (рис.11), линейная плотность больше на 4,2-12,7% (рис. 12), фактическая разрывная нагрузка больше на 2,4-9,2%, уменьшилась удельная относительная разрывная нагрузка (рис. 13).

Влияние нетеплового модифицирующего воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити было подтверждено исследованиями методом инфракрасной (ИК) спектроскопии. ИК спектры ПКА нитей измерялись с помощью двухлучевого оптического спектроанализатора, собранного на базе монохроматора МДР-23, в диапазоне 450-1610 нм.

ИК спектры показывают, что нетепловое СВЧ воздействие на ПКА нити приводят к структурным изменениям полимера. Результаты измерений коэффициента оптического пропускания у четырех образцов с разным уровнем воздействия СВЧ электромагнитным полем на частоте 2450 МГц приведены на рис. 14.

При исследовании влияния ориентации образца в СВЧ электромагнитном поле относительно вектора напряженности методом ИК спектроскопии при мощности СВЧ генератора 100 Вт наблюдались изменения, которые подтверждают влияние ориентации ПКА нитей относительно вектора напряженностина физико-механические свойства (рис. 15).

На втором этапе исследования нетеплового модифицирующего воздействия на ПКА нити СВЧ электромагнитных колебаний проводилось определение наилучшего режима нетепловой модификации.

Для определения технологического режима при экспериментальных исследованиях обычно предлагается использовать метод планирования эксперимента, который позволяет существенно сократить число опытов.

На основании данных предварительных экспериментов, характеристик исходных материалов и технических характеристик оборудования основными параметрами оптимизации были выбраны три фактора: Х1 – мощность СВЧ генератора, Вт; Х2 – время СВЧ воздействия, с; Х3 – ориентация нити в СВЧ электромагнитном поле параллельно или перпендикулярно вектору напряженности электрического поля электромагнитной волны.

В качестве выходных параметров выбраны показатели: – линейная плотность нити (текс), –относительное разрывное удлинение (%), –удельная относительная разрывная нагрузка (гс/текс). Для оценки воспроизводимости данных была проведена серия экспериментов и для каждой серии вычислялось среднее арифметическое значение функции отклика

, (j = 1,2,….N),

где k – число параллельных опытов, проведенных при одинаковых условиях; N – номер опыта. Кроме того, определялись дисперсии для каждой серии опытов

.

Воспроизводимость опытов оценивалась по критерию Кохрена

, ,

где - табличное значение критерия Кохрена.

Расчеты показали, что , , , причем. Так как, то условие воспроизводимости не выполняется.

Одной из причин плохой воспроизводимости модели являются погрешности, возникающие при контроле показателей технологического процесса. Погрешность в определении показателей зависит не только от точности измерительного прибора, метода отбора проб, но и характера изменения свойств нити в объеме анализируемого материала, так как в производстве химических волокон качество полученной продукции оценивается по небольшой части образцов, отобранных для анализа, результаты переносятся на весь объем анализируемой продукции.

Точная оценка качества исходного материала как продукта формования нити практически неосуществима, так как это связано с необходимостью проведения анализа всей нити, что привело бы (например, при определении разрывных характеристик) к уничтожению всего наработанного продукта.

По этим причинам наилучший режим модификации ПКА нити определяли путем перебора варьируемых параметров.

При определении оптимального режима подбирать (варьировать) можно мощность СВЧ Р, частоту СВЧ генератора, длительность модифицирующего воздействия и ориентацию нити в электромагнитном поле.

Частота в наших исследованиях была выбрана МГц, подбор Р, проводился для двух вариантов: нить ориентирована параллельно или перпендикулярно вектору напряженности электрического поля.

Эксперименты по определению диапазонов варьирования Р, проводились в первом случае при мощности СВЧ 100 и 200 Вт. Установлено, что для всех прочностных характеристик,,, показатели при 200 Вт хуже, чем при 100 Вт для всех временных диапазонов СВЧ воздействия. В дальнейшем исследование физико-механических свойств ПКА нитей проводились при мощностях 100, 125, 150 Вт. Установлено, что стабильно наилучшие показатели для всех прочностных характеристик,,, во всех временных диапазонах были получены при мощности 100 Вт.

Таким образом, оптимальный режим нетепловой модификации ПКА нити с помощью СВЧ электромагнитных колебаний по наилучшим значениям фактической разрывной нагрузки, удельной относительной разрывной нагрузки, линейной плотности нити, относительного разрывного удлинения ПКА нити при МГц следующий:

1) ориентация ПКА нити в СВЧ электромагнитном поле - параллельно вектору напряженности электрического поля ;

2) генерируемая СВЧ мощность – 100 Вт;

3) напряженность электрического поля – 50,1+(1,925,9) В/см, в зависимости от контролируемой характеристики;

4) время воздействия СВЧ электромагнитных колебаний – 10+(0,54,4) с, в зависимости от контролируемой характеристики.

В третьей главе «СВЧ электротехнологическая установка модифицирующего воздействия на полимерный волокнистый материал» даны классификация и структурные схемы СВЧ электротехнологических установок модифицирующего воздействия, рассмотрены элементы структурной схемы этих установок и порядок их выбора, приведены разработанные в диссертации методы расчета СВЧ рабочих камер для нагрева полимерных волокон и нетепловой модификации ПКА нитей.

При проектировании СВЧ электротехнологических установок модифицирующего воздействия СВЧ электромагнитных колебаний наибольшую проблему представляет расчет СВЧ рабочих камер, в которых СВЧ электромагнитные колебания взаимодействуют с модифицируемым объектом, причем рабочие камеры для нетеплового воздействия – новый класс рабочих камер СВЧ электротехнологических установок.

Рабочая камера для СВЧ модификации полимерных волокон (нитей) может быть собрана на прямоугольном, коаксиальном или полосковом волноводах (рис. 16). Окончательный выбор между ними следует делать с помощью сопоставления затрат на их реализацию с учетом их электрических характеристик, то есть на основании технико-экономических расчетов.

а б в

Рис.16. Способ транспортировки полимерного волокна в рабочей камере: а - на прямоугольном волноводе, б - на коаксиальном волноводе, в - на полосковом волноводе

При проектировании СВЧ рабочей камеры для нагрева полимерного волокна, например, перед его модификацией вытяжкой задают длину волны СВЧ генератора, начальную и конечную температуры волокна, производительность установки, диаметр, удельную теплоемкость, плотность, относительную диэлектрическую проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь волокна, как функции температуры.

Мощность СВЧ генератора можно рассчитать по соотношению

,

где к – коэффициент запаса на неучтенные потери; - полная СВЧ мощность, рассеиваемая в рабочей камере; - КПД рабочей камеры по использованию СВЧ энергии, причем

, , , .

Здесь - СВЧ мощность, идущая на нагрев полимерного материала; - СВЧ мощность, теряемая в балластной нагрузке; ; - площадь поперечного сечения полимерного материала в рабочей камере.

Если - длина щели в волноводе вдоль его оси

и если, - длина полимерного материала в рабочей камере, то

.

Здесь - коэффициент затухания квази Н10 волны в рабочей камере на прямоугольном волноводе (рис. 16 а) или квази Т-волны в рабочей камере на коаксиальном (рис. 16 б) и полосковом (рис. 16 в) волноводах.

Если длина щели неприемлемо велика, то вместо одной секции волновода рекомендуется использовать две или более секций с общей длиной, равной, соединённых между собой поворотами с балластной нагрузкой в конце последней секции, причем число секций в любом случае.

При проектировании рабочей камеры СВЧ электротехнологической установки для нетепловой модификации полимерных волокон задают длину волны СВЧ генератора, амплитуду напряженности электрического поля электромагнитной волны, при которой наблюдается максимальное изменение контролируемого технологического параметра, допустимое отклонение от значения, при котором допустимое отклонение значения контролируемого параметра не превышает его заданного значения, время нахождения нити в СВЧ электромагнитном поле и допустимое отклонение от него, ориентацию нити по направлению вектора электромагнитного поля; производительность установки.

Время пребывания нити в волноводе,

где

Если +, то это время может быть сокращено за счет уменьшения. При этом потребуется снизить мощность СВЧ генератора, то есть источник СВЧ энергии должен быть регулируемым. Если +, то требуется увеличить время пребывания полимерной нити в СВЧ электромагнитном поле, протягивая нить сквозь те же щели в волноводе раз, причем

.

Тогда длина щели в этом случае равна.

Если мощность СВЧ генератора выбрана так, чтобы в начале щели амплитуда была, а в конце щели, то

.

Если, то протягивание одной нити через одну и ту же щель раз возможно. Если же, то нить надо пропускать через щели в меандровом волноводе с числом секций

.

В каждой секции длина щели должна быть

,

то есть количество нитей, пронизывающих в этом случае меандровый волновод с секциями, равно

.

Общая производительность установки в этом случае возрастает в раз. При больших значениях число секций может быть велико, а длина щели. Это затруднение может быть преодолено с помощью секций с последовательным включением через ответвители дополнительных СВЧ генераторов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате экспериментальных исследований, положенных в основу этой диссертации, решены следующие задачи:

– исследовано влияние СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства поликапроамидных нитей;

– предложены методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических установок для модификации полимерных материалов и волокон.

Основные результаты работы и выводы из них сводятся к следующему:

1. Проведены систематические исследования нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити. Установлено следующее:

– изменение температуры ПКА нитей при кратковременной обработке в СВЧ электромагнитном поле, при 15 с и мощности 200 Вт, не происходит;

– наличие нетепловой модификации физико-механических свойств ПКА нитей с помощью СВЧ электромагнитных колебаний;

– зависимость фактической разрывной нагрузки, удельной относительной разрывной нагрузки, линейной плотности, относительного разрывного удлинения и термической прочности ПКА нитей от времени воздействия и мощности СВЧ электромагнитного поля (напряженности электрического поля );

– при ориентации ПКА нити параллельно вектору напряженности электромагнитной волны прочностные характеристики выше, чем при ориентации нити перпендикулярно этому вектору;

– подтвержден факт наличия нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити методом инфракрасной спектроскопии;

– изменения физико-механических свойств ПКА нитей после модификации в СВЧ электромагнитном поле сохраняются в течение длительного времени (не менее 30 суток).

2. Определен наилучший режим модификации ПКА нитей СВЧ электромагнитными колебаниями:

– ориентация ПКА нити в СВЧ электромагнитном поле - параллельно вектору напряженности электрического поля.

– генерируемая СВЧ мощность – 100 Вт;

– напряженность электрического поля – 50,1+(1,925,9) В/см, в зависимости от контролируемой характеристики;

– время воздействия СВЧ электромагнитных колебаний – 10+(0,54,4) с, в зависимости от контролируемой характеристики.

3. Предложены методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических модифицирующих установок для тепловой и нетепловой модификации полимерных волокон.

Применение СВЧ электромагнитных колебаний для модификации ПКА нитей в текстильной промышленности позволяет улучшить качество ПКА нитей и изделий из них, а также увеличить срок их эксплуатации.

Pages:     | 1 || 3 |






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