авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Разработка эффективной технологии сушки стеклонаполненных полиамидов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МАХОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

СУШКИ СТЕКЛОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИАМИДОВ



Специальность 05.17.06 –

Технология и переработка полимеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов - 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный

технический университет»

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Сударушкин Юрий Константинович

доктор химических наук, профессор

Панова Лидия Григорьевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Решетов Вячеслав Александрович

доктор технических наук, профессор

Артеменко Александр Александрович

Ведущая организация ООО «ЭПО СИГНАЛ», г. Энгельс

Защита состоится « 15 » мая 2009 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.09 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 413100, г.Энгельс, пл. Свободы, Технологический институт, ауд. 237.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке

Саратовского государственного технического университета.

Автореферат разослан «14 » апреля 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета В.В. Ефанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Совершенствование техники во всех отраслях промышленности тесно связано с широким применением синтетических материалов. Использование пластических масс, занимающих большое место в этой группе материалов, способствует решению целого ряда технических проблем: в машиностроении, приборостроении, радио- и электротехнике, легкой промышленности и т.д. Без применения полимеров и полимерных композитов невозможно представить автомобиле- и приборостроение, мобильную связь, компьютеры, космическую и авиационную промышленность.

Изделия из пластмасс легче, чем из других материалов (так как плотность большинства полимеров меньше, чем у металлов и керамики). Они требуют меньше затрат на обслуживание при эксплуатации, имеют хороший товарный вид. Их обработка, окраска, отделка, металлизация менее трудоемки и энергоемки, чем у других материалов. Менее трудоемка, чем других материалов, также переработка пластмасс в изделия. Полимеры и композиты – хорошие тепло- и электроизоляционные материалы, обладают рядом ценных радиотехнических свойств, высокой химической стойкостью и сопротивлением ударным нагрузкам, в том числе при низких температурах.

Одно из направлений модифицирования существующих источников тока – переход с металлических частей корпуса батарей и аккумуляторов на пластмассовые. Преимущества – уменьшение веса батарей, повышенная стойкость к воздействию щелочи и воды, технологичность, экономичность, отпадает также необходимость в дополнительной электроизоляции.

Однако к таким деталям предъявляются высокие требования по ударной вязкости, прочности на разрыв, изгиб. На них не допускаются трещины «серебра», вмятины, царапины, механические повреждения, а поверхность должна быть ровной, гладкой, без вздутий, пустот, раковин, холодных спаев, недоливов.

Все это обеспечивается выдерживанием параметров литья, но не менее важна подготовка материала, в том числе - сушка.

В связи с этим разработка эффективных методов сушки является актуальной проблемой.

Цель работы: разработать эффективную технологию сушки стеклонаполненных полиамидов, обеспечивающую комплекс физико-механических свойств необходимых для создания ответственных конструкционных изделий, в том числе деталей аккумуляторных батарей для авиации.

Задачи исследования:

Рассчитать коэффициенты диффузии и диффузионный поток для стеклонаполненных полиамидов ПА 6-210-КС, ПА 6-211-ДС, ПА 610-КС при использовании различных методов сушки.

Исследовать влияние на физико-механические показатели материалов ПА 6-210-КС, ПА 6-211-ДС, ПА 610-КС различных методов сушки.

Определить рациональные условия сушки стеклонаполненных полиамидов и выработать практические рекомендации по применению установки конвективно-лучевой сушки ТИС-50.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

1. Исследована кинетика сушки, что позволило рассчитать коэффициент и скорость диффузии для процесса десорбции влаги при повышенных температурах.

2. Разработана оригинальная методика расчета коэффициента диффузии и диффузионного потока, имеющая ряд преимуществ перед ранее использующимися: возможность применения для гранул с различными добавками (красители, стекловолокна, пластификаторы), расчеты занимают значительно меньше времени, для получения данных не требуется применение сложных и дорогостоящих приборов и приспособлений.

3. Исследовано влияние температуры сушки на показатели десорбции влаги, коэффициент диффузии и диффузионный поток. Установлено возрастание коэффициента и скорости диффузии и уменьшение остаточной влажности с ростом температуры.

4. Установлено совместное влияние на процессы структурообразования полиамидов термического воздействия и инфракрасного излучения, приводящее к увеличению степени кристалличности полиамида и повышению термостойкости.

5. Доказана взаимосвязь сформировавшихся в процессе сушки структур полимера с деформационно-прочностными свойствами стеклонаполненных полиамидов. С увеличением степени кристалличности, например, у ПА 6-210-КС с 21 до 72% прочностные свойства возрастают на 10-25%.

Практическая значимость исследования

1. Разработана эффективная технология практического применения конвективно-лучевой сушки в фонтанирующем слое для стеклонаполненных полиамидов, что позволяет снизить остаточную влажность до значений (<0,1%), обеспечивающих получение композитов с высоким комплексом свойств.

2. Разработан метод расчета диффузионного потока и коэффициента диффузии, обеспечивающий выбор оптимальных режимов сушки, и доказана возможность его использования для гранулированных материалов.

3. Работы по переработке полимеров проводились на предприятии «Опытный завод НИИХИТ» для производства аккумуляторных батарей, применяемых в авиационной технике, и технология сушки планируется к внедрению на данном предприятии.

Материалы ПА 6-210-КС и ПА 6-211-ДС введены в конструкторскую и технологическую документацию изготовления авиационных батарей на предприятии ЗАО «ОЗ НИИХИТ».

Апробация результатов исследования

Данная работа развивает ранее проведенные работы профессора д.т.н. Сударушкина Ю.К. по применению конвективно-лучевой сушки в фонтанирующем слое для термопластичных полимеров.

Работы проводились на предприятии: ЗАО «ОЗ НИИХИТ» (сушка, изготовление образцов и деталей для испытаний, измерение остаточной влажности), в высших учебных заведениях: СГУ и СГТУ (научное руководство, определение физико-механических и физико-химических свойств образцов).

Результаты работ обсуждены на конференциях:

1. V Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2005);

2. Восьмой ежегодной международной конференции «Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях» (Киев, 2007); (2 доклада).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы: 2 статьи в журналах рекомендованных ВАК, 3 статьи в сборниках материалов конференций, 1 монография.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка используемой литературы и приложений.

На защиту выносятся:

- новая технология сушки стеклонаполненных полимеров с применением конвективно-лучевой сушки в фонтанирующем слое;

- новая методика расчета коэффициента диффузии и диффузионного потока для систем принудительной десорбции;

- результаты исследования влияния различных методов сушки на показатели десорбции влаги стеклонаполненных полиамидов;

- результаты исследования влияния различных методов сушки на структурирование, физико-механические и физико-химические характеристики стеклонаполненных полиамидов;

- практические рекомендации по применению установки конвективно-лучевой сушки ТИС-50.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель исследования, научная новизна и практическая значимость работы, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен литературный обзор с анализом состояния проблемы переработки термопластов, приведена классификация применяемых методов сушки. Рассмотрены теоретические основы процессов диффузии и десорбции воды в полимерах, деструкции. Приведены характеристики используемого оборудования для сушки.

Во второй главе приведены характеристики исследуемых полимеров, методы их получения.

В третьей главе описаны методы, применяемые для исследования. Описан сорбционный метод определения коэффициентов диффузии.

Четвертая глава посвящена выбору эффективного метода сушки стеклонаполненных полиамидов, используемых в разных отраслях техники, в том числе в производстве различных деталей авиационных аккумуляторных батарей.

Полиамиды имеют гидрофильные (NH2 и СООН) группы, поэтому сорбируют влагу, что ухудшает качество изделий. В связи с этим полиамиды подвергают сушке.

Сушка применяется для удаления излишней влаги из термопластов непосредственно перед их переработкой. Переработка невысушенных полимеров, способных абсорбировать и удерживать влагу, приводит к получению бракованных деталей с разводами, серебристостью, пузырями и другими дефектами.

При выборе оптимального режима сушку проводили при температурах 80, 90 и 1000С. При выборе оптимального метода сушку осуществляли с применением конвективной, конвективно-лучевой и конвективно-лучевой сушки в фонтанирующем слое.

В исследованиях использованы полиамиды марок ПА 6-210КС, ПА 6-211-ДС и ПА 610-КС. Полимерной матрицей в полиамидах марок ПА 6-210-КС и ПА 6-211-ДС служит ПА 6, содержащий 30+3% (масс.) стекловолокна. В полиамиде ПА 6-210-КС длина стекловолокна 3-5 мм, в марке ПА 6-211-ДС длина стекловолокна 5-7,5 мм. Полиамид марки ПА 610-КС состоит из полиамида ПА 610 и 30+3% (масс.) стекловолокна длиной 3-5 мм. Во всех полиамидах использовалось стекловолокно марки Е.

В целях совершенствования и интенсификации технологического процесса была разработана технология сушки материала в фонтанирующем слое при одновременном облучении ИК-лучами на установке модели ТИС. Использование повышенных температур до 1000С и инфракрасных лучей (107-7,9103 ) обеспечивало объемное и быстрое удаление остаточной влаги из обрабатываемых термопластов, находящихся в состоянии непрерывной циркуляции и фонтанирования.

На начальном этапе исследования определили относительную влажность полиамида ПА 6-210-КС, которая составила 0,9%.

Сушку проводили с использованием сушильного шкафа ТШ-903 и установки ТИС-50 (без режима и с режимом фонтанирования), рис.1.

 Принцип работы установки ТИС-50 1 –-0

Рис.1. Принцип работы установки ТИС-50

1 – бункер; 2 – радиатор; 3 – кожух бункера; 4 – напорная трубка; 5 – смотровое стекло бункера; 6 – эжектор; 7 – система воздухоподачи; 8 – узел выгрузки материала; 9 – крышка; 10 – воздуховод; 11 – инфракрасные излучатели; 12 – фильтр влагоотделитель; 13 – пневмотрубка; 14 – нагреватель и устройство очистки воздуха.

Материал загружали в аппараты и через определенные промежутки времени (1 час, 3 часа и т.д.) отбирались образцы гранул (5 г), для определения остаточной влажности.

Остаточная влажность в полимере является основным показателем эффективности сушки.

При появлении видимых следов деструкции (потемнение материала) сушку останавливали, а время фиксировали.

Зависимости остаточной влажности от времени сушки t для температур 80-1000С приведены на рис. 2-4

 Зависимость остаточной влажности-1

Рис.2. Зависимость остаточной влажности при 800С от времени сушки для методов:

1- конвективная сушка; 2 – конвективно-лучевая сушка;

3 – конвективно-лучевая сушка в фонтанирующем слое

 Зависимость остаточной влажности-2

Рис.3. Зависимость остаточной влажности при 900С от времени сушки для методов:

1- конвективная сушка;

2 – конвективно-лучевая сушка;

3 – конвективно-лучевая сушка в фонтанирующем слое

Рис.4. Зависимость остаточной влажности при 1000С от времени сушки для методов:

1- конвективная сушка;

2 – конвективно-лучевая сушка;

3 – конвективно-лучевая сушка в фонтанирующем слое

Наименьшая относительная влажность (0,06%) достигается при конвективно-лучевой сушке в режиме фонтанирующего слоя при температурах 1000С, за счет удаления сорбированной влаги как с поверхности, так и из объема гранул. Рациональным режимом сушки полиамида ПА 6-210-КС является конвективно-лучевая в фонтанирующем слое сушка при 1000С в течение 3-3,5 часов.

Процесс сушки полимеров является процессом переноса вещества и характеризуется такими показателями, как коэффициент диффузии, диффузионный поток, оптимальное время сушки.

Была построена зависимость ln(1-t/0) от времени t, тангенс угла (tg), которой входит в формулу расчета коэффициента диффузии:

,

где D – коэффициент диффузии, м2/с;

l – путь, который проходит влага от центра гранулы до поверхности, м;

tg – угол наклона кривой зависимости ln(1- t/0) от времени t;

t – количество влаги в полиамиде в момент времени t, %;

0 – количество влаги в полиамиде в состоянии равновесия, %.

Для расчета коэффициента диффузии необходимо найти зависимость ln(1-t/0) от времени, позволяющую определить tg, по которому судят о скорости процесса. В литературе имеются данные по использованию этой зависимости для расчета скорости процесса сорбции влаги пленками, волокнами. В работе предлагается (и доказана дальнейшими исследованиями) возможность использования этого подхода для изучения процессов десорбции влаги при сушке гранул наполненного полиамида.

Гранула полиамида по форме представляет собой цилиндр с высотой h и радиусом r.

,

где r – радиус гранулы полиамида, м

h – высота гранулы, м

Диффузионный поток J определяют по формуле Фика.

Считая, что оптимальное время поток воды в грануле проходит путь l:

,

где J – диффузионный поток, моль/м2с;

СА – изменение концентрации воды за оптимальное время, моль/м3;

l – путь, который проходит влага от центра гранулы до поверхности, м.

Пример определения tg представлен на рис.5 для конвективно-лучевой сушки в фонтанирующем слое при Т=1000С.

 tg = 1,48 Зависимость -ln(1- t/0) от-7

tg = 1,48

Рис.5. Зависимость -ln(1- t/0) от времени t для конвективной сушки

В результате расчетов были получены следующие значения коэффициентов диффузии (D) и диффузионного потока (J), табл. 1.

Таблица 1

Параметры диффузии влаги при сушке полиамида ПА 6-210-КС

Температура сушки, 0С Конвективная сушка Конвективно-лучевая сушка Конвективно-лучевая сушка в фонтанирующем слое
D, м2/с J, моль/м2с D, м2/с J, моль/м2с D, м2/с J, моль/м2с
80 0,4410-11 0,49510-6 0,5810-11 0,64510-6 0,8210-11 0,91110-6
90 0,7210-11 0,81010-6 0,8710-11 0,97810-6 1,0610-11 1,1910-6
100 0,8610-11 0,99810-6 1,1310-11 1,3410-6 1,4210-11 1,6910-6


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.