ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ПОЛИПРОПИЛЕНА ФИЛЬТРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 66.067.12

Шашкина В. Д. студент

3 курс, факультет «Фундаментальные науки» Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана

Россия, г. Калуга Бочарова К.В. студент

3 курс, факультет «Фундаментальные науки» Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана

Россия, г. Калуга Шемель И.Г. старший преподаватель кафедры «Промышленная экология и химия» Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана

Россия, г. Калуга

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ПОЛИПРОПИЛЕНА

ФИЛЬТРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА В статье описываются особенности формирования методом аэродинамического распыления расплава нетканого полипропиленового материала для очистки питьевой воды от взвесей. Приведены результаты микроскопического исследования волокнистой структуры различных слоев фильтрополотна. Установлена зависимость градиентности микроструктуры от режимов изготовления.

Ключевые слова: аэродинамическое распыление расплава, нетканое полотно из полипропилена, распределение волокон по размеру и по плотности укладки

MICROSTRUCTURE OF POLYPROPYLENE FILTER RESEARCH Features of nonwoven polypropylene material production which is made by the aerodynamic spray of melt technology is described. This material is used for purification of drinking water. Microscopic research offilter's fibrous structure of different layers had been carried out. Relation between gradient nature of microstructure and production mode is set.

Key words: Aerodynamic spray of melt technology, nonwoven polypropylene material, regulation offiber by the size and packing density.

Фильтрующий материал фильтропатрона для очистки природной воды представляет собой нетканое полотно из полипропилена, состоящее из ориентированных и хаотично расположенных волокон, нитей, скрепленных термическим способом в различных сочетаниях в точках контактов.

Целью работы явилось установление зависимости структуры фильтрополотна от особенностей его получения.

Микроструктура материала формируется при его изготовлении методом аэродинамического распыления расплава (АРР, meltblown). Распыление

расплава полипропилена осуществляют при температурных режимах, обеспечивающих вязкость расплава на выходе из головки, соответствующую показателю текучести расплава не менее 120 г/10 мин. Расплав полимера выдавливается из отверстий фильеры в форме нитей, которые с высокой скоростью вытягиваются воздушным потоком в тонкие волокна. Поток воздуха осаждает микроволокна на приемный коллектор. При стационарном температурном режиме распылением управляют, регулируя температуру и давление сжатого воздуха. Волокна на поверхности коллектора располагаются случайно из-за турбулентности в потоке воздуха, при этом имеется незначительная ориентация в машинном направлении, обусловленная перемещением коллектора.

Основное внимание при получении полотна уделяют регулируемому распределению волокон по размеру и по плотности укладки, объему пустот между волокнами, поскольку они определяют технологические свойства фильтрующего материала. Основную роль при этом играют регулируемые температура расплава и температура воздуха. Ключевыми параметрами также являются количество экструдируемого полимера, расход воздуха и диаметр отверстия фильеры, они определяют поперечный размер волокна (обычно это 0,5-200 мкм), расположение волокон относительно друг друга, формирование пустот, а также появление анизотропных участков (жгутов, спиральных пучков). Кроме того, ведут регулировку давления внутри коллектора при намотке материала, создавая разряжение к окончанию процесса, чтобы удалить горячий воздух и повысить плотность укладки волокна при производстве материала. Любые неконтролируемые изменения режимов изготовления могут привести к синэргетическим трансформациям образующейся волокнистой структуры и отклонениям свойств материала [1].

Поры нетканого материала представляют собой пустоты, которые имеют разную форму и конфигурацию, зачастую геометрически неправильную, с эффектами перекрывания слоями волокна по толщине материала, поэтому изучение размера пор и пористости нетканых материалов является достаточно затруднительным делом, ошибка определения достигает 15%.

Основными методами исследования распределения частиц по размерам являются микроскопические исследования[2-3], а также метод появления пузырьков воздуха при минимальном давления на образец [4].

Для исследования в данной работе использовался метод компьютерной обработки микрофотографий срезов фильтроматериала фильтрующего элемента ФТ.П126, изготовленного при изменении давления в процессе намотки от 0,030 до 0,008 МПа. Срезы получали механическим отделением слоя 2 мм по толщине фильтроматериала (рис.1).

26 ЗАО «Фильтр» (п.Товарково Калужской области)

Рисунок 1 - Отделенные слои фильтрующего материала Микроскопическое исследование (рис.2) проводили с помощью микроскопа марки Се^1хоп с ЬСБ-экраном Реп1аУ1е,№ (степень увеличения-х400).

Рисунок 2 - Структура слоев по толщине фильтропатрона в зависимости от условий формирования

Фильтрующий элемент представляет собой многослойную цилиндрическую конструкцию из полипропиленовых волокон с повышенной степенью отделения частиц по слоям фильтроэлемента за счет изменения плотности упаковки.

Полученные микрофотографии позволили определить переменную структуру по сечению фильтрующего материала, общее снижение плотности микроволокон и увеличение размера пустот структуры по толщине фильтроэлемента.

Дальнейшее исследование сводилось к статистической обработке результатов параллельного фотографирования 6 близкорасположенных участков микроструктуры, расположенных в шахматном порядке, слоя 51мм, который был выбран как граничный между порами большого и малого размера. Расчет проводили по количеству вписанных в поры окружностей различных радиусов (рис.3) для 5 элементов фото и проводили подсчет вписанных фигур по усредненным размерам пор: 4,5мкм; 6,1мкм; 7,5мкм; 9,0мкм; 10,4мкм; 12,8 мкм и 16,2 мкм.

а б

Рисунок 3 - Выделенный участок полипропиленового волокна(а) и результат вписывания окружностей в поры фильтрующего элемента(б)

Полученные значения (рис.4) удовлетворительно согласуются с паспортными данными фильтропатрона по порам средних размеров (5-20 мкм).

4,5 6,1 7,5 9,0 10,4 1

Рисунок 4 -Количественное распределение пор по диаметрам

Распределение по размерам отражает полидисперсность системы пор. Наибольшее количество приходится на размеры пор диаметром 9-16мкм, но при этом присутствуют и мелкие поры (диаметром порядка 5-6 мкм). Такое исследование позволяет по принятой модели вписанных в поры окружностей определять пористость материала как долю объёма, занимаемого окружностями, к объему материала и средний размер пор.

Изучение структуры фильтропатронов, изготовленных методом аэродинамического распыления расплава, показало, что они имеют структуру с градиентом пористости, которая позволяет задерживать частицы различного размера в разных зонах фильтра: Плотность волокон возрастает от внешней поверхности картриджа к внутренней. Наружный слой фильтра

при этом действует как предфильтр, в то время как внутренний обеспечивает финальную очистку.

Такая конструкция эффективно распределяет частицы по всей глубине фильтра, обеспечивая предельно высокую грязеемкость при более низком перепаде давления, а также увеличенный ресурс.

Использованные источники:

1. В.В. Снежков Технология аэродинамического распыления расплава полимера [Электронный ресурс]//Сайт ООО «Гефест-Маркет» -URL: http://www.milkfiltr.ru/publ/o_filtracii/kak_delajut_filtry_ili_tekhnologija_aehrod inamicheskogo_raspylenija_rasplava_polimera/2-1 -0-10 (дата обращения 12.11.15).

2. Мухамеджанов Г.К. Текстильные фильтрующие материалы для очистки воздушной среды: классификация и методы испытаний // Технический текстиль, 2004. - № 9 - С.26-27.

3. Зуборев А.И., Кравцов А.Г. Принципы, методы и средства испытаний полимерных волокнистых фильтров для очистки газовых сред [Электронный ресурс] //Интернет-журнал "Технологии техносферной безопасности", 2014. - Выпуск № 1 (53) URL: http://ipb.mos.ru/ttb/2014-1/2014-1.html (дата обращения 24.11.15).

4. ГОСТ 21956-88 Метод определения геометичности. [Электронный ресурс] URL : http://gostbank.metaltorg.ru/data/11350.pdf (дата обращения 17.12.15).

УДК 004

Шаяхметова Л.А., студент 3 курс, факультет «Математики и информационных технологий»

Россия, г. Астрахань РАЗРАБОТКА ОБУЧАЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ ДЕМОНСТРАЦИИ КОМАНД АРИФМЕТИЧЕСКОГО СОПРОЦЕССОРА Аннотация: В данной работе рассматривается область применения команд низкоуровневых языков. Изучены основные функции и возможности команд арифметического сопроцессора. Описана разработка обучающей программы, позволяющей визуализировать работу сопроцессора.

Ключевые слова: обучающая программа, демонстрация, ассемблер, арифметический сопроцессор.

Введение. Процесс компьютеризации общества неразрывно связан с компьютеризацией сферы образования. Различные средства информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) активно применяются в школах и вузах. На сегодняшний день уже доказана эффективность применения информационных технологий в образовательном процессе и сформулированы общие дидактические и организационные задачи, решаемые с помощью ИКТ. К ним относят:

• получение учащимися навыков самостоятельного анализа, усвоения, применения изучаемого материала;