CC BY
24
3. ГОСТ 6449.3-82. Изделия из древесины и древесных материалов. Допуски формы и расположения поверхностей. - М. : Изд-во Стандартов, 1982. - 7 с.
4. ГОСТ 6449.1-82. Изделия из древесины и древесных материалов. Поля допусков для линейных размеров и посадки. - М. : Изд-во Стандартов, 1982. - 20 с.
5. ДСТУ 2500-94. Основш норми взаемозамшносп. Сдина система допускв та посадок. Термшн та визначення. Позначення та загальш норми. - К. : Вид-во Держстандарту Украши, 1994. - 57 с.
6. ГОСТ 24642-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения поверхностей. Основные термины и определения. - М. : Изд-во Стандартов, 1982. - 45 с.
7. ГОСТ 6449.5-82. Изделия из древесины и древесных материалов. Неуказанные предельные отклонения и допуски. - М. : Изд-во Стандартов, 1982. - 8 с.
Надтшла до редакцп 13.12.2016р. Безкоровайный А.Г., Маевский В.О., Мыскив Е.М. Динамика изменения формоустойчивости пустотелых клееных брусьев для столярных изделий
Охарактеризирована методика проведения экспериментального исследования формоустойчивости пустотелых клееных брусьев для столярных изделий при условии влияния переменных температурно-влажностных полей в течении длительного времени. Проанализированы показатели формоустойчивости пустотелых клееных брусьев, в частности их отклонения от прямолинейности (в плоскости), плоскостности и параллельности, а также величину изменения линейных размеров по толщине и ширине, и показано, что эти величины соответствуют установленным нормативным условиям. Это свидетельствует о пригодности использования таких брусьев для изготовления столярных изделий по показателям формоустойчивости.
Ключевые слова: пустотелый клееный брус, формоустойчивость, переменные темпе-ратурно-влажностные поля, климатическая камера, прямолинейность, плоскостность, параллельность.
BezkorovainyiA.H., Mayevskyy V.O., Myskiv Ye.M. Dynamics of Shape Stability Changes in Hollow Glued Laminated Beams Used for Joinery
The method of experimental performing of shape stability of hollow glued laminated beams for joinery under variable temperature and humidity fields for a long time is characterized. The parameters of shape stability of hollow glued laminated beams, e.g. straightness error in plane, deviation of flatness and deviation of parallelism as well as the value of linear dimension change at depth and width have been analysed. It is shown that these parameters correspond to established normative regulations. The available data indicates that these beams with appointed shape stability are suitable for joinery production.
Keywords: hollow glued laminated beam, shape stability, variable temperature and humidity fields, climatic chamber, straightness, flatness, parallelism.
УДК 66.047.74
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ СУШ1ННЯ ВОДНО1 ПОЛ1МЕРНО1 ДИСПЕРСН МЕТОДАМИ НЕ1ЗОТЕРМ1ЧНОГО АНАЛ1ЗУ Р.1. raepwiie1, В.В. Кочубей2, С.Р. ФЬляс3, О.В. Сабишн4
За допомогою термогравiметричних дослщжень проаналiзовано процес сушшня водно! полшерно!' дисперсп на основi шшметилметакрилат-шшстиролу. Визначено тер-мiчну поведшку зразюв матерiалу в неiзотермiчних умовах названия, встановлено ме-хашзм сушшня та кшетичш особливост процесу. Результати дослщжень на основi те-
1 доц. Р.1. Гаврилгв, канд. техн. наук - НУ "Львгвська полггехнка";
2 доц. В.В. Кочубей, канд. xiM. наук - НУ " Льв1вська полггехнка";
3 малстрант С.Р. Фшяс - НУ "Льв1вська полггехнка";
4 малстрант О.В. Сабинш - НУ "Льв1вська полггехнжа"
оретичних та експериментальних даних дають змогу запропонувати оптимальнi режи-ми проведення процесу в промислових умовах для досягнення задано! кшцево! воло-гостi.
Ключовг слова: шшмерна дисперсiя, волога, сушшня, термограв1метричний аналiз.
Постановка проблеми. Кшцевою стадieю в загальнiй технологiчнiй схемi виготовлення полiмерноí продукцií е процес сушiння, що дае змогу отримати товарний продукт високо1 якостi у виглядi твердого порошку, гранул, зерен, таблеток i належить до великотоннажних процесiв хiмiчноí технологií, якi характеризуются значними енергетичними затратами [1].
У промислових умовах сушшня полiмерiв здшснюеться переважно в установках розпилювального типу або в апаратах псевдозрiдженого шару. Викорис-тання розпилювальних сушарок мае низку переваг порiвняно з апаратами iнших тишв, що зумовлено, передуам, розвиненою поверхнею контакту фаз, ^ вiдпо-вiдно, високою iнтенсивнiстю процесу, простотою конструкцií, можливктю поеднати процеси диспергування та сушшня в одному апарап, високим степе-нем автоматизацií [2]. До недолшв потрiбно вiднести певнi особливостi сушшня для широкого спектра продуктов, що вимагае вiдпрацювання оптимальних технолопчних режимiв в промислових умовах та призводить до значних еконо-мiчних втрат.
Основною причиною такого стану треба вважати невiдповiднiсть розра-хункових i дiйсних параметрiв, що здебшьшого пов'язано з вiдсутнiстю експериментальних даних з кшетики сушiння цшого ряду матерiалiв, фiзичного ме-хашзму перебiгу термодинамiчних i масообмiнних процесш, надiйних розра-хункових методик та математичного опису тепломасоперенесення у системi газ - тверда частинка [3,4].
Окрш цього, вважаеться, що яккть висушених полiмерiв дуже часто зале-жить не тшьки вiд кшетики видалення вологи, але й ввд гiдродинамiки у су-шильнiй камерi та кiнетики нагрiвання матерiалу, що особливо актуально для продукпв, в яких, пiд даею високих температур, можуть ввдбуватися рiзнома-нiтнi фiзичнi переходи та хiмiчнi перетворення [5]. Присутнкть вологи у поль мерному порошку нашть у невеликш кшькосп може призвести до браку тд час перероблення його у готовi вироби, що потребуе проведення процесу " глибоко-го сушiння" у достатньо складних технологiчних умовах.
Отже, оргашзащя ефективного процесу в апаратах розпилювального типу та впровадження у виробництво енергоефективного сушильного обладнання е актуальною задачею, виртення яко1 знаходиться в площинi наукових досль джень на основi експериментального вивчення технологiчних аспектiв сушiння того чи iншого матерiалу i встановлення вiдповiдних розрахункових залежнос-тей для його математичного опису.
Мета дослвдження - полягае в експериментальному визначенш поведiнки водно!' полшерно1 дисперсií шд час нагршання ц в неiзотермiчних умовах та встановленнi механiзму процесу сушшня.
Об'ектом дослщження е водна полiмерна дисперсiя на основi полiметил-метакрилат-полiстиролу iз вмiстом твердо1 фази 45-47 %.
Матерiали та методика дослвдження. Найбшьш надшним методом вив-чення будь-якого процесу е, звичайно, експериментальш дослвдження. Тради-цшно, суш1ння матер1ал1в представляють у вигляд1 "кривих сушшня" i "кривих швидкосп сушiння" для вибраних температурних режишв, якi отримують в iзо-термiчних умовах [6]. Однак, з погляду процесiв, якi вiдбуваються в камерi роз-пилювально!' сушарки, доцшьно було б розглядати сушiння для окремо!' частин-ки або крапл^ розмiри яко!' в реальних умовах можуть змшюватися вiд 50 до 150 мкм [7]. Вiдтворити таи умови на лабораторних установках традицшними експериментальними методами е досить складно.
Останнiм часом широко використання набули методи термiчного аналiзу, якi використовують для вивчення термодеструкцц, гетерогенних реакцш, су-шiння, десорбцп та шших процесiв, для яких характерним е видшення або пог-линання газоподiбних компонентов i3 зразкiв матерiалу невелико!' маси [8-10]. Цей метод аналiзу може бути реалiзований в iзотермiчних (за постiйноí темпе-ратури) i динашчних (за постiйноí швидкостi нагршання) умовах. Динамiчна термогравiметрiя дае змогу не тшьки отримати кiлькiснi характеристики процесу розкладання (температура початку i закшчення процесу, ступiнь розкладання як функцiя температури й ш.), а й описати цей процес з достатньою точнiстю у виглядi кiнетичних рiвнянь [11].
У щй роботi термогравшетричний аналiз проводили на дериватографi Q-1000 системи F. Paulik, J. Paulik, L. Erdey з платино-платинородiевою термопарою шд час нагршання зразкiв у виглядi тонкого шару у керамiчних тиглях вщ 16 до 125°С. Швидккть нагрiвання становила 1°С за хвилину. Еталоном слугу-вав прожарений оксид алюмшда. Маса зразка матерiалу становила 50 мг. Фш-сували кривг Т - змiна температури; TG - змiна маси; DTG - диференщальна крива змiни маси; DTA - характеризуе змшу рiзницi температур зразка та шер-тно!' речовини i характеризуе тип та величину теплового ефекту.
Результати дослщження. Швидккть сушiння окремих краплинок поль мерно!' суспензй' в розпилювальнiй сушарцi насамперед визначаеться енергiею i формою зв'язку вологи з матерiалом, яку загалом класифiкують як вшьну i зв'язану. Видшення вiльноí вологи з поверхш частинок може вiдбуватися протя-гом кшькох секунд, тодi як видалення зв'язано!' вологи вимагае проведення " гли-бокого процесу сушiння" i характеризуеться дифузшними процесами перенесения вологи зi середини крапель (гранул) матерiалу до його поверхнi та може тривати вiдносно довго. На основi таких припущень iснуе класифшащя диспер-сних полiмерних матерiалiв за тривалктю !'х сушiння, що визначаеться лшиу-ючою стадiею зовнiшньо- чи внутртньо-дифузшного перенесення вологи.
На першому етап експериментальних дослiджень методами термiчного аналiзу вивчали закономiрностi сушiння полшерно!' дисперсй' на мжрокшетич-ному рiвнi в межах диференцiйно тонкого шару матерiалу у виглядi тонко! плшки. Результати представлено на рис. 1 у виглядi кривих TG, DTG i DTA, яю вiдображають змшу маси зразка, швидккть змши маси i змши тепловмiсту зразка ввд температури, вiдповiдно. Склад водно! полшерно! дисперсй' та !! фь зичш властивостi наведено в таблицi.
Табл. Фiзичнi властивост! водно! полимерно дисперсП
№ з/п Параметр Значення Од. вимip
1 Вмют твердо!' фази (полiметилметакрилат-полiстирол) 45-47 %
2 Po3Mip частинок твердо!' фази 0,2-0,4 мкм
3 В'язкють за 25 °С (по DIN 53019-1) 200-500 мПа- с
4 Густина дисперЫ!' 1108 кг/м3
5 PiBeHb pH (за DIN ISO 2115) 8,0-8,8 -
6 Температура плiвкоутвоpення (за DIN ISO 2115) 93 °С
7 Температура склування (за DIN ISO 2115) 104 °С
Зидно з результатами, представленими на рис. 1, у процеа збшьшення температури вiд 16 °С до 120 °С спостерiгаeться втрата маси зразка, що пов'яза-но з видшенням вологи (термiчноí деструкцií за таких низьких температур не спостерiгаeться). Кривi ЭТА i ЭТО характеризуються трьома ендотермiчними ефектами: в iнтервалi температур 16-40 °С, 40-80 °С та невеликим ендоефектом в штерваи 80-110 °С, що вiдображаe певнi фiзичнi перетворення у дослщжува-ному зразку, яю вiдбуваються з рiзною штенсившстю. Основна втрата маси спостерiгаeться в межах перших двох штерваив i становить 19 % до температури 40 °С та 47,6 % до температури 80 °С, вщповщно. Враховуючи початкову во-лопсть матерiалу, до кiнця другого штервалу видаляеться, приблизно, W=98,4 % вщ загально!' кiлькостi вологи у матерiалi (рис. 2).
Temperature,
Рис. 1. Дериватограма вологого зразка Mamepimy Вщносну ктьюсть вологи W у MaTepiani розраховували як
W = (1)
M 0 - Mk
де: Мо - початкова маса зразка, мг; Mk - кшцева маса зразка, мг; М - маса зразка в певний момент часу т, мг. В нeiзотepмiчних умовах на^вання стввщношен-ня мiж температурою зразка t ( °C) i швидкiстю нaгpiвaння в ( °С/хв) виражали залежт'стю
I = 10 +
де: - температура початку сушiння, °С; т - час сушiння, хв.
(2)
Рис. 2. Крива змти вiдносноi вологостi матерiалу в неiзотермiчних умовах
нагрiвання
Появу першого ендоефекту в обласп низьких значень температур 20-40 °С, очевидно, можна пояснити видтенням летких складникiв з полiмерноí компо-зицií, тодi як другий ендоефект пов'язаний з видiленням поверхнево'' вологи. Таю припущення добре узгоджуються з даними криво'' швидкосп втрати маси ЭТО (див. рис. 1) та криво'' швидкосп сушiння (рис. 3), де спостерп^аеться вщ-повiдне збтьшення iнтенсивностi процесу в два етапи, а характерний тк випа-ровування вологи iснуе в межах другого ендоефекту за температури 50-52 °С.
40
(хв)
Рис. 3. Крива змти швидкостi суштня матерiалу в неiзотермiчних умовах
нагрiвання
У рай потреби "глибокого сушшня" полiмерних матерiалiв процес продов-жують до кшцево'' вологостi, яка дуже часто може бути менше 0,1 %. Для досль джуваного зразка в мiру зростання температури вiд 80 до 120 °С спостерь гаеться рiзке зменшення швидкостi сушiння та супроводжуеться третiм ендо-ефектом з характерним тком в областi фазового перетворення води 90 °С. Треба звернути увагу на криву сушiння (див. рис. 2), де в обласп температур 7080 °С вiдбуваеться досить рiзкий перехщ вiд процесу масоперенесення iз зов-
шшньо-дифузшно! областГ (видалення летких i зовшшньо! вологи) до внутрГшньо-дифузшно! областi (видалення внутрГшньо! вологи).
Окремо можемо вiдзначити вплив температури та вологостi матерiалу на змшу властивостей зразка у процесГ сушiння. У мiру зростання температури та видалення зовшшньо! вологи поверхня зразка висихае, утворюючи тонку птв-ку за температури плiвкоутворення 93 °C. Утворена плiвка створюе додатковий дифузiйний опiр видалення вологи зi середини матерiалу.
Пiсля досягнення зразком температури 100-105 °C, що вГдповГдае темпера-турi фазового перетворення води i температурi склування полiмеру (104 °C), плiвка руйнуеться внаслiдок того, що тиск насичено! пари води в середин зразка матерiалу стае достатнiм для деформацГ! поверхнево! структури матерiалу. На рис. 4 представлено фотографГ! зразкiв за рГзних температур процесу, що свГдчить про рух рГдини на пГзнГх етапах сушшня шляхом дифузГ! через новоут-ворену пористу зруйновану структуру. Кшцева рiвноважна вологГсть зразка 0,07 % досягаеться за температури 119 °C.
Рис. 4. Фотографа зразшв зарЬзних температур процесу:
а) температура зразка 20 °C; б) температура зразка 100 °C
Зважаючи на представлений анатз експериментальних даних, встановлеш температурнi зони сушГння дослiджуваного зразка дають змогу вибрати ефек-тивш технологiчнi параметри промислового проведення процесу в межах 100105 °C та отримати продукт з кшцевою вологГстю 1-2 %.
Висновки. Представлен результати термiчного аналiзу в неiзотермiчних умовах дають змогу уточнити складний механiзм процесу сушГння водно! поль мерно! дисперсГ! та представити його у виглядГ трьох окремих основних стадГй: видГлення летких компонентГв до температури 40 °C, видшення вГльно! вологи до 80 °C i видГлення зв'язано! вологи до 110 °C.
Кожна стадГя характеризуеться рГзною швидкГстю втрати маси зразка та енерпею зв'язку вологи з матерГалом. У разГ потреби глибокого сушГння матерь алу в промислових умовах потрГбно враховувати змГну фГзичних властивостей матерГалу на механГзм i кГнетику процесу.
ОтриманГ експериментальнГ данГ будуть використанГ для подальшого роз-витку теорГ! розрахунку та моделювання процесГв тепломасоперенесення у про-цесГ сушГння полГмерних матерГалГв, прогнозування режимних параметрГв, роз-роблення та проектування енергоефективного сушильного обладнання.
Лiтература
1. Долинский А. А. Эффективные методы управления кинетикой сушки / А. А. Долинский // Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) : тр. 1-й Междунар. науч.-практ. конф. - М. : Изд-во "Наука", 2002. - С. 26-35.
2. Фролов В.Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов / В.Ф. Фролов. - Л. : Изд-во "Химия". - 1987. - 208 с.
3. Дмитриев В.М. Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса конвективной сушки гранулированных и плёночных полимерных материалов : дисс. ... д-ра техн. наук / В.М. Дмитриев. - Тамбов, 2003. - 20 с.
4. Рудобашта С.П. Теплообмен в процессах сушки / С.П. Рудобашта // Труды 4-го Минского международного форума по тепломассообмену. - Минск, 2000. - С. 41-48.
5. Леонтьева А.И. Научные основы техники сушки термолабильных материалов / А.И. Леонтьева, К.В. Бряикин, A.A. Дегтярев, B.C. Орехов. - М. : Изд. дом "Академия Естествознания", 2011. - 100 с.
6. Лыков А.В. Теория сушки / А.В. Лыков. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. - М. : Изд-во "Энергия", 1968. - 236 с.
7. Leontieva, A.I. Heat and mass transfer during of liquid film from the surface of a single inert particle / A.I. Leontieva, K.V. Bryankin, V.l. Konovalov, N.P. Utrobin // Drying Technology. An International Journal. Special Issue On Drying And Dewatering Of Sludges. - 2002. - Vol. 20(4&5). - Pp. 729-747.
8. Павлова С.А. Термический анализ органических и высокомолекулярных соединений / С.А. Павлова, И.В. Журавлева, Ю.И. Толчинский. - М. : Изд-во "ПроИнвест", 1983. - 144 с.
9. Королев Д.В. Определение физико-химических свойств компонентов и смесей дерива-тографическим методом / Д.В. Королев, К.А. Суворов. - СПб. : Изд-во "Питер", 2003. - 33 с.
10. Берг Л.Г. Введение в термографию / Л.Г. Берг. - М. : Изд-во "ПроИнвест", 1969. -
368 с.
11. Брянкин К.В. Новые подходы при выборе технологических режимов сушки продуктов органического синтеза / К.В. Брянкин, А.И. Леонтьева, Б.И. Манелюк, Д.М. Ковальчук // IX научная конференция: пленарные докл. и краткие тез. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. - С. 65-66.
Надтшла до редакцп 02.12.2016р.
Гаврылив Р.И., Кочубей В.В., Филяс С.Р., Сабынин А.В. Исследование процесса сушки водной полимерной дисперсии методами неизотермического анализа
С помощью термогравиметрических исследований проанализирован процесс сушки водной полимерной дисперсии на основе полиметилметакрилат-полистирола. Определено термическое поведение образцов материала в неизотермических условиях нагревания, установлен механизм сушки и кинетические особенности процесса. Результаты исследований на основе теоретических и экспериментальных данных дают возможность предложить оптимальные режимы проведения процесса в промышленных условиях для достижения заданной конечной влажности.
Ключевые слова: полимерная дисперсия, влага, сушка, термогравиметрический анализ.
Havriliv R.I., Kochubei V. V., Filias S.R., Sabynin O. V. Examination of the Drying Process of an Aqueous Polymer Dispersion Using a Non-isothermal Analysis
The process of drying an aqueous polymer dispersion based on polymethylmethacrylate-polystyrole was analyzed by using thermogravimetric studies. The thermal behaviour of material samples in the non-isothermal heating conditions was defined and mechanism and kinetics of the drying process was established. The results are based on theoretical and experimental data and make it possible to offer the best rehearse of the process in and industrial environment to achieve the engagement final moisture.
Keywords: polymer dispersion, moisture, drying, thermogravimetric analysis.
