Разработка технологии получения нетканых материалов на основе смесей фторполимеров методом электроформования (1091137), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Также следует отметить, что нетканый волокнистыйматериал, полученный из формовочных растворов с содержанием СКФ26 от 50 масс.% и выше, имеет значительную склонность к усадке – до40% от начального размера. Учитывая полученные результаты,дальнейшие исследования проводились для формовочных растворов ссодержанием СКФ-26 не выше 30 масс.%.2.1. Исследование влияния соотношения Ф-42/СКФ-26 наструктуру нетканого материалаЗависимость конечного радиуса струи r* от основных параметровпроцесса электроформования описана уравнением (2):3164   4Qr*    V  V * c(2)где η, , ε и Q – вязкость, электропроводность, диэлектрическаяпроницаемость и объемный расход раствора, соответственно, Vc и V* –электрические потенциалы, соответственно, сопла и объемногоэлектрического заряда дрейфующего волокна.Хотя выражение (2) позволяет учесть влияние основных параметровпроцесса и свойств системы полимер-растворитель, тем не менее, онолишь качественно описывает зависимость диаметра волокон отуказанных параметров.

Однако оно показывает, что для полученияволоконтребуемогодиаметранеобходимоприготовлениеформовочногораствораопределеннойрецептурыизнаниеоптимального объемного расхода раствора и электропроводности.При исследовании зависимости диаметра волокна от вязкости и отобъемного расхода раствора в эксперименте электропроводностьраствора и напряженность электростатического поля поддерживалисьпостоянными. Напряженность поля регулировалась изменениемрасстояния между осадительным электродом и капилляром иизменением подаваемого на капилляр напряжения. В качестве15электролитической добавки использовался тетра-н-бутиламмониййодид[CH3(CH2)]4NI.В табл. 4 представлены диапазоны вязкостей, диапазоны объемныхрасходов раствора и электропроводности при которых исследовалиполучение нетканого волокнистого материала.Таблица 4. Свойства систем полимер-растворитель и параметры ЭФВпроцесса.Диапазон вязкостей, Диапазон объемных Электропроводность,Па·срасходов, см3/сСм/см0,5 – 1,00,02 – 0,138,8·10-5Для исследуемых систем полимер-растворитель с помощьюпрограммы Table Curve 3D v4.0 были построены поверхности отклика,описывающие влияние содержания фторэластомера и его массовогорасхода на диаметр получаемых волокон и скорость волокнообразования при постоянной электропроводности раствора и напряженности поля (рис.

9).а)б)Рисунок 9. Зависимость а) скорости волокнообразования и б) диаметраволокна от массового расхода формовочного раствора и содержания СКФ-26.Построенные поверхности отклика позволяют проводить процедуруоптимизации динамической вязкости и массового расхода раствора дляполучения волокон требуемого диаметра. Для исследованныхрастворов с ростом содержания фторэластомера увеличиваласьскорость процесса волокнообразования, а средний диаметр получаемыхволокон уменьшался. Согласно полученным с помощью сканирующейэлектронной микроскопии результатам установлено, что с увеличениемсодержания фторэластомера улучшается равномерность волокнистогоматериала. Анализ построенных функций распределения волокон подиаметрам (рис.

10), демонстрирует, что введение СКФ-26 в количестве20-30 масс.% существенно повышает однородность нетканогоматериала.16Рисунок 10. Функция распределения волокон по диаметрам:1 – Ф-42/СКФ-26 90/10; 2 – Ф-42/СКФ-26 80/20; 3 – Ф-42/СКФ-26 70/30 масс.%.Исследование влияния электропроводности раствора на диаметрволокон показало, что изменение электропроводности раствора неоказывает статистически значимого влияния на диаметр волокон,недостаточная электропроводность формовочного раствора вызываетпоявление дефектов типа «груш» (утолщений на волокнах) или капель.Это свидетельствует о переходе процесса электроформования волоконв электрораспыление.

Поэтому, в каждом конкретном случаеэлектропроводность раствора должна выбираться из соображенийполучения бездефектных волокони стабильностипроцессаэлектроформования.Установлено, что для стабильного прохождения процесса полученияволокон для рассматриваемых систем электропроводность растворовдолжна составлять 0,7 – 3,0·10-4 См/м. С учетом выявленныхзакономерностей, были получены и исследованы волокнистыематериалы из формовочного раствора на основе смеси фторполимеровФ-42/СКФ-26 80/20 масс.% в ЭА/ДМФА со средним диаметром волокон200; 400; и 1600 нм.2.2.Физико-механическиеифильтрующиесвойстваволокнистых материалов из смеси фторполимеровОдно из основных воздействий, которые испытывают фильтрующиеаналитические материалы в процессе сборки и эксплуатации – этоодноосное растяжение, поэтому необходимо измерить разрывную длинуи относительное удлинение полученных нетканых волокнистыхматериалов при максимальной нагрузке.

Результаты физикомеханических испытаний приведены в таблице 5 до и послетемпературного воздействия в 150ºС в течение 100 часов.Таблица 5. Физико-механические характеристики волокнистыхматериалов.ДиаметрТемпературное Разрывная Относительное удлинениеволокон, нмвоздействиедлина, кмпри разрыве, %до1,8190200после1,8180до2,0160400после2,1160до3,41601600после3,416017Из таблицы видно, что разрывная длина и относительное удлинениепри максимальной нагрузке практически не изменяются при длительномвоздействии температуры 150ºС.Также для определения термостабильности волокнистого материалабылиполученатермогравиметрическаяинтегральнаякривая,отображающая процесс деструкции волокон полимера при егоравномерном нагревании с заданной скоростью 5 °С/мин. Кроме того, натом же графике приведена кривая дифференциального термическогоанализа для отображения теплового эффекта, происходящего врезультате различных структурных изменений при соответствующихтемпературах (рис.

11).Рисунок 11. Кривая ТГА для волокнистого материалаФ-42/СКФ-26 (80/20 масс.%).Согласно интегральной кривой при температуре 302°С начинаетсяразложение вещества образца, что приводит к уменьшению его массы(потеря массы 3,5%). Завершение процесса термодеструкциинаблюдается при температуре 397°С (97,3% потеря массы). Согласнокривой ДТА эндотермический пик начала плавления, соответствуетпотере массы 1,18%, который образуется в результате реорганизациикристаллов.Фильтрующие свойства являются основным критерием при выбореволокнистыхматериаловвкачествевысокоэффективногоулавливающегоианалитическогосредства.Этисвойствахарактеризуются стандартным гидродинамическим сопротивлением(сопротивление, измеренное при скорости фильтрации 1 см/с),коэффициентом проскока и коэффициентом фильтрующего действия(КФД).[ ]  lg([ K ])[p ](3)где [Δp] – стандартное гидродинамическое сопротивление, К коэффициент проскока при 1 см/с, [α] – коэффициент фильтрующегодействия.Используемая на отечественных атомных станциях установка УДА1АБ осуществляет забор пробы через рабочую область фильтра,прокачивая воздух со скоростью 30 – 100 см/с, поэтому исследованияэффективности волокнистых материалов проводилось в данномдиапазоне скоростей (рис.

12).Результаты измерения эффективности свидетельствуют о том, чтоволокнистые материалы с диаметром волокон 200, 400 нм висследуемом диапазоне скоростей по своей эффективностифильтрации отвечают представленным требованиям и находятся на18уровне «Fluoropore FSLW». По значениям коэффициента фильтрующегодействия разработанный материал превосходит «Fluoropore FSLW» и«LFS-2» в 2 раза.а)б)Рисунок 12. Эффективность фильтрации (а) и значения КФД (б) материаловпри скорости фильтрации 30 см/с.1 – 200 нм, 2 – 400 нм, 3 – 1600 нм, 4 – «Fluoropore FSLW», 5 – «LFS-2».Расширенные исследования разработанного нетканого волокнистогоматериала, а именно таких его показателей, как угол смачивания, водоупорность и паропроницаемость выявили, что потенциально возможными областями его применения, в дополнение к аналитическимлентам, являются диффузионные подкровельные материалы изащитная одежда.3.

Разработка технологии получения нетканого волокнистогофильтрующего материалаДля достижения высоких значений эффективности фильтрацииволокнистым материалом с диаметром волокон 1600 нм требуетсяповерхностная плотность нанесения волокон, в 3 раза большая, чемдля других рассмотренных материалов, что невыгодно с экономическойточки зрения при серийном выпуске аналитических материалов.Принимая во внимание, что используемая на отечественных атомныхстанциях установка УДА-1АБ осуществляет забор пробы через рабочуюобласть фильтра, прокачивая воздух со скоростью до 100 см/с, то, сучетом физико-механических характеристик волокнистым материалом сдиаметром волокон 200 нм не выдержит такую скорость потока воздуха.Поэтому, в данном случае целесообразно разработать материал,состоящий из волокон диаметром 400 нм, который удовлетворяеттребованиям не только физико-механических показателей, но исохраняет на высоком уровне фильтрующие характеристики, а также нетребует нанесения в слишком большом количестве.

Получение опытнойпартии композиционного волокнистого фильтрующего материалаосуществляли на пилотной установке ленточного типа ПБАВ.452481.001ПМи позволяетбезсущественных изменений применятьразработанный процесс в заводских условиях.В результате отработки процесса на пилотной установке разработантехнологический режим получения волокнистого аналитическогоматериала на основе волокон смеси Ф-42/СКФ-26 с соотношением80/20.19На гребенку из соответствующей емкости подается формовочныйраствор для получения волокон. Гребенки снабжены 28 капиллярами,шаг между которыми составляет 0,03 м.

Технологические параметрыпроцесса раствор смеси Ф-42/СКФ-26 с соотношением 80/20 масс% всмеси растворителей ЭА/ДМФА с соотношением 50/50 масс%, массоваяконцентрация 6%, вязкость 0,5 Па·с, электропроводность 8,8·10-5 См/м,объемный расход на один капилляр 0,023 см3/мин. На гребенку подаютнапряжение 40 кВ.С учетом этих параметров на пилотной установке была выпущенаопытная партия волокнистого аналитического материала в количестве100 п. м.Проведены исследования фильтрующих свойств разработанногоаналитического волокнистого фильтрующего материала и сравнение ссуществующими аналогами, результаты представлены в таблице 6.Таблица 6.

Свойства аналитических материалов.МатериалыПоказатель«Fluoropore» «LFS-2» Ф-42/СКФ-26Стандартное>1002040гидродинамическоесопротивление, ПаЭффективность фильтрации>99,9>99,9>99,9по частицам наиболеепроникающего диаметра, %Верхний температурный10060150предел эксплуатации, °ССтоимость, руб./п.м.980180160ВЫВОДЫ1. Впервые предложено и теоретически обосновано применениесмеси фторполимеров Ф-42 и СКФ-26 для получения фильтрующиханалитических лент.1.1.Показано, что с увеличением содержания СКФ-26 снижаетсядиаметр жидкой нити, и увеличивается ее степень вытяжки, скорость иускорение1.2.Установлено,чтоувеличениесодержанияСКФ-26способствует получению волокон меньшего диаметра вплоть до 150 нми увеличению производительности процесса на 20%.1.3.Установлено, что применение в формовочном растворе СКФ26 способствует увеличению времени стабильной работы капиллярногоэлемента и, таким образом, позволяет перейти к технологии, нетребующей обдувания капиллярного элемента парогазовой смесью.1.4.Показано, что применение СКФ-26 в смеси с Ф-42 вколичестве 10÷30 % масс.

Характеристики

Список файлов диссертации