Диссертация (Фазовый массоперенос жидкостей в производстве флексографских форм и струйной печати), страница 8

Авторы, как и в предыдущемслучае, анализируют ньютоновскую жидкость и опираются на закон Дарси итеорию Козени.Пренебрегают [63], или считают равной проницаемости в направлениипропитки [62] проницаемость наполнителя в направлении, лежащем в плоскостислоя и перпендикулярном ориентации волокон. Так как применяется высокоедавление, [62] целесообразно учитывать деформацию волокон и зависимостьпроницаемости от давления.

Проницаемость давления рассчитывают из объемнойдоли волокна, которая является функцией давления, по уравнению Козени,зафиксированному в виде: =2 (1− )34(1.17)2Данное уравнение равнозначно уравнению (1.15). Здесь r f ˗ радиус волокна,V f ˗ объемная доля волокна, к˗ константа Козени.В работе [65] получили эмпирическую зависимость К от давления, которуювыразили формулой: =(1.18)(+)В данном уравнении b, c, d - эмпирические коэффициенты, которые дляразных исследованных стеклянных тканей значение с находилось в пределах 1—4.Воздействие давления также может выражаться изменением пористойструктуры волокнистого материала. Подавление минеральных волокон во времяпропитки, которая влечет за собой повышение объемной доли волокна V f ,изучили в нескольких работах [66, 67-69]. Отмечается [68] удовлетворительноесоотношениесуществующихэкспериментальныхданныхстепенной43подчиненности между давлением p, прикладываемым к волокнам и их объемнойдолей: = (1.19)В данном уравнении Е - модуль волокон, k — коэффициент, которыйхарактеризует взаимную ориентацию волокон, их извитость и т.

п. Данныеразличных исследователей определяют показатель степени п от 5 до 11 [67]. Прикомпьютерном моделировании образа действия натянутых волокон при пропиткеволокнистого слоя расплавом полимера свидетельствует [69], что их смещениепомогает пропиткеудаленныхслоев, но создает неоднородную структуру.Полученные данные позволяют предсказывать изменение соотношения матрицы— волокно в различных слоях в направлении продвижения фронта.Но действия органических волокон под давлением в условиях пропиткимогутоказатьсяболеезапутанными, т.к. некоторые из нихспособныперепрофилироваться или спекаться [70, 71].Капиллярные силы играют главную роль при пропитке наполнителянизковязкими жидкостями.

Порой процесс осуществляется только под ихдействием. Тогда движущей силой становится капиллярное давление:кап =2в(1.20)В данном равенстве v - поверхностное натяжение, возникающее на границежидкость/волокно, θ — краевой угол смачивания, r в - радиус волокна. В разнойлитературе проанализированы модели пропитки под влиянием капиллярных силпучка волокон в продольном [58], поперечном [72] направлениях, включаяпропитку ткани [73, 74].

В работе [58] сопоставлялось течение жидкости сквозьволокнистый материал в режиме фильтрации и при нестационарной пропитке.Разность между величинами проницаемости, определенными в обоих случаях,относилась на счет действия поверхностных сил. Высказана гипотеза, что течениечерез волокнистый материал жидкости с высоким поверхностным натяжениемможет как содействовать более однородному распределению волокон, так и44вызывать ухудшение заполнения пор. Наблюдается, что для высоковязкихжидкостей значение поверхностных явлений заключается не столько во влияниина скорость процесса, сколько на качество получаемых образцов.Переводя описание течения в пористых средах от ньютоновских жидкостейкполимерам,обязательноучитываютсятакиеобстоятельства,какихненьютоновское поведение, эластические свойства и адсорбция полимера настенках каналов.1.5 Влияние строения полимерных материалов на их статическуюэлектризациюЗаряды на полимерных волокнах образуются благодаря трению приформовании полотна и скрепления иглопробивным образом.

Взаимодействиеволокон и полимеров с разной диэлектрической проницаемостью образовываетнеоднородные электрические поля высокой напряженности.При исследовании статической электризации полимеров обязательноберется во внимание рассеяние зарядов, которые возникают на поверхности.Вероятно, при довольно больших значениях напряженности электрических полейпри взаимодействии носители зарядов проходят поверхностный потенциал иполучается уменьшение заряда из-за излучения (электронная эмиссия). Показано[75- 77], что при напряженности электрического поля свыше 6*103В/смповерхностныйзаряднестабилениснижаетсяврезультатеизлучения.Уменьшение статического заряда вероятно действию газового разряда и,частично, в результате разряда скользящего вдоль поверхности диэлектрика [78]или под действием ионов окружающей среды.В исследованиях Лёба [79] отмечено, что сложности освоения статическогоэлектричестваосложняютсяневозможностьючеткосоотнестиипрокомментировать результаты разных авторов из-за сильного влияния нарассматриваемые явления сопровождающих факторов и дефицита довольноподробных описанных методик эксперимента.

Но имеющиеся публикацииисследований по статической электризации диэлектриков подтвердили, что есть45установленная связь между химическим строением полимеров и их умениемсоздавать на своей поверхности заряд при соприкосновении с другими телами.В 18 веке ученый Вилке [80] определил, что естественные природныематериалы-шерсть,янтарь,шелк,стекло–можнорасположитьвтрибоэлектрические ряды. Позже несколько таких рядов было построено. Самыеобщеизвестные представил в своих работах В.Грюнер. Он располагал материалы,учитывая не только полярность, но и значение контактной разности потенциалов,которое появляется между материалами.

(Образцы контактируют равновеликимиповерхностями без трения).Полученные разными авторами ряды имеют и различия, и сходства. Наположительном конце ряда находятся полиамиды, шерсть, а на отрицательном винильные полимеры. Так как существует методическая неопределенность,сложности учета сопровождающих условий, количества впитанной материаломвлаги,котораяосновательносказываетсянаместематериалавтрибоэлектрическом ряду, более детальный анализ трибоэлектрических рядов нецелесообразен [78]. Ниже приводится трибоэлектрический ряд волокнистыхматериалов в зависимости от количества сорбированной воды (данные полученыпри 293° К и относительной влажности 65%) [78]:Отрицательный конецПолиолефиновое волокно0Поливинилхлоридное волокно0,5Полиакрилонитрильное волокно1,0Полиэфирное волокно 0,4Ацетатное волокно6,5Сталь 0Целлюлозное волокно 13,5Шерсть17Натуральный шелк11Полиамидные волокна 4Положительный конец46Из полученных данных следует, что ряд напряжений определяет не толькоот содержания влаги.Но, несмотря на неопределенность, построение трибоэлектрических рядов вряде случаев стало технически полезным.

С.Баллоу [81] продемонстрировал, чтопри смешивании двух материалов, которые расположены в разных концахтрибоэлектрического ряда, возможно получение волокна, на котором статическийзаряд компенсируется.Рисунок 1.9 Зависимость электризации смеси волокон из найлона и дакрона притрении о хромированную поверхность от содержания найлона в смеси [81].На Рисунке 1.9 представлена зависимость электризации смеси найлона идакрона при трении о хромированную поверхность от содержания найлона всмеси. При содержании найлона около 40% получается почти полнаянейтрализация заряда.

Исследование трибоэлектрического ряда позволилоЛ.М.Меркуловой [82] найти композиции разных волокон с данной способностьюк электризации о кожу человека, что необходимо учитывать при разработке тканидля одежды.С.Коэн с сотрудниками [83—86] при исследовании процесса рождениястатического электричества выявили отчетливую связь этого явления сопределенными электрическими свойствами соприкасающихся тел.

Определено:1)при контакте двух диэлектриков, материал, имеющий более высокуюдиэлектрическую проницаемость, заряжается положительно;472)величина значения зарядов двух диэлектриков соответственнопропорциональна разности их диэлектрических проницаемостей [87]:Q = Ks (ε 1 - ε 2 )(1.21)где К — величина постоянная, которая зависит от условий трения;s —поверхности соприкосновения;ε 1 , ε 2 — диэлектрические проницаемости соответственно первого и второготела.Для подтверждения правил Коэна было проведено ряд исследований [88—90]. Г.

Хесс [88] подтвердил верность данных закономерностей. Но дальнейшееизучение электризации полимеров обнаружило не постоянное выполнение правилКоэна. Как отмечалось выше, общеизвестны случаи заряжения при трении друг одруга одних и тех же материалов [91, 81]. При процессе трения стекла (ε = 7÷8) иволокна анид (ε = 3÷4) друг о друга, последнее получает положительный заряд,несмотря на то, что его диэлектрическая проницаемость ниже, чем у стекла [90].Не выполнялось и второе правило. При трении стекла (ε = 7) и капроновоговолокна (ε = 3,6) друг о друга, значение напряженности поля, котороеобусловлено максимальным в данных условиях зарядом, составляла 240—400В/см.

При натирании тождественных волокон в подобных условиях фторопластом(ε = 2,1), значение напряженности поля соответствовала 1600—1800 В/см,вопреки тому, что разность диэлектрических проницаемостей в первом случаеравнялось 3,4, а во втором 1,6 [90].И. Гезехус [95] стремился соотнести электризуемость диэлектриков с ихпрочностью и заключил, что при трении твердых диэлектриков о менее твердые,первыедолжнызаряжатьсяположительно,асоответствующийимтрибоэлектрический ряд в общем оказывается одинаковым с рядом материалов,организованным по мере возрастания их твердости. А.Мамиконов [92] попыталсясоотнести электризуемость производных целлюлозы и полимеров виниловогоряда с их устойчивостью на разрыв и величиной дипольного моментамономерногозвена.Ученыйустановилкорреляциюмеждууказанными48величинами и несоблюдение как правило Коэна о связи диэлектрическойпроницаемости и знаке заряда, так и выводов Гезехуса.С.