CC BY
106
Список использованной литературы
1. Гридин О.М. Семь раз отмерить. Рекламные иллюзии и реальные перспективы применения нефтяных сорбентов/ О.М. Гридин, В.Ж. Аренс, А.О. Гридин // Нефтегазовая вертикаль. 2000. - № 9. - С.28-32.
2. Самойлов H.A. Сорбционный метод ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов / H.A. Самойлов и др. М.: Химия, 2001. - 189 с.
3. Кудайбергепов К.К. Углеродные сорбенты для ликвидации аварийных розливов нефти /Кудайбергепов К.К., Онгарбаев Е.К., Мансуров З.А. // Матер. VI Междунар. симпозиума «Физика и химия углеродных материалов Наноинженерия». - Алматы, 2010. - С. 119-122.
4. Якубовский С.Ф. Особенности микроструктуры отходов сухой окорки сосны как сырья для получения нефтяных сорбентов / С.Ф. Якубовский, Н.В. Ощепкова, Ю.А. Булавка, С.С. Писарева, Л.А. Попкова// Вестник Полоцкого гос. ун-та. Сер. B, Промышленность. Прикладные науки. - 2011. - № 11. -С. 154-157.
5. Сорбционные свойства природных целлюлозо- и лигнинсодержащих отходов для сбора проливов нефтепродуктов/ С.Ф. Якубовский, Ю.А. Булавка, Л.А. Попкова, С.С. Писарева // Вестник Полоцкого гос. ун-та. Сер. B, Промышленность. Прикладные науки. - 2013. - № 11. - С.110-115
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ В СИСТЕМАХ АСПИРАЦИИ ЗЕРНОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ
А.А. Ярмолич, курсант, А.И. Зуборев, преподаватель, А.Г. Кравцов, профессор, д.т.н., доцент, Гомельский инженерный институт МЧС Республики Беларусь,
г. Гомель
В настоящее время в системах аспирации зерноперерабатывающих предприятий Республики Беларусь широко применяются фильтры торговых марок «РЦИ» и «РЦИЭ». Это - пористые тканевые (матерчатые) рукавные фильтры, принцип работы которых основан на пропуске запылённого воздуха через систему переплетенных ворсистых нитей, причем именно ворсинки выполняют основную функцию задержки пыли. Указанные фильтры демонстрируют достаточно высокую степень очистки, позволяя на выходе из
-5
фильтра снижать запылённость воздуха до 2 мг/м с входного уровня до
-5
15 мг/м . Тем не менее, сохраняет актуальность поиск новых технических и конструкционных решений в области очистки запылённого воздуха.
Анализ материалов, применяемых для производства фильтрующих элементов (ФЭ), позволил сделать вывод, что наиболее перспективным сырьём являются полимеры. Использование для формирования волокон расплавов
полимеров позволяет исключить из технологии производства волокнисто -пористых систем опасные во взрывопожароопасном отношении органические растворители.
Melt-blown материалы
Одним из способов производства микроволокнистых ФЭ является переработка термопластичных волокнообразующих полимеров путем аэродинамического диспергирования расплавов. В зарубежной и специальной отечественной литературе этот способ получил название melt blowing.
Данная технология производства микроволокон была разработана в США в первой половине 1950-х годов. В ходе проведенных в США исследований указанный метод был предложен для производства волокнистых материалов, улавливающих из воздуха радиоактивные частицы, появление которых, в верхних слоях атмосферы служило индикатором испытаний ядерного оружия [1]. К середине 1960-х гг. распространение получили распылительные головки сложной конструкции. Благодаря простоте и малым энергетическим затратам, технология, основанная на аэродинамическом формовании волокон из расплавов полимеров (в специальной технической литературе также встречается термин «пневмоэкструзионная технология»), широко используется в настоящее время. Одним из крупнейших производителей melt-blown материалов остаются США. С 1970-х гг. технология melt blowing используется в СССР/России/Беларуси при производстве различных ФЭ.
Эту технологию можно использовать при переработке термопластичных полимеров с волокнообразующими свойствами, нагретых выше температур плавления (кристаллические полимеры) или стеклования (некристаллизующиеся полимеры). Обычно перерабатывают полипропилен, полиамиды, полиэтилен низкого и высокого давления и полиэфиры [2]. Технологический процесс melt blowing традиционно включает операции переработки гранулированного полимера в экструдере, диспергирования образующегося расплава потоком сжатого газа и осаждения волокнисто-пористого слоя на вращающейся подложке. Основные используемые при melt blowing технологические единицы - генератор волокон, манипулятор и механизм съёма материала. Генератор волокон, состоящий из экструдера и пневмораслылительной головки, предназначен для переработки гранулята в расплав, формования из него волокон и направления их на формообразующую подложку. Манипулятор обеспечивает вращательное и возвратно-поступательное движение подложки, необходимое для получения волокнисто-пористых изделий заданной конфигурации.
Melt-blown материалы образованы волокнами, которые имеют диаметр от 0,5 до 200 мкм и когезионно скреплены в точках контакта. Их характерными свойствами являются высокая абсорбционная способность, заданное при получении распределение волокон по диаметру и по плотности упаковки, большой объем пустот между волокнами, наличие непрямых сквозных пор, проницаемость для жидкостей и газов. Известен ряд вариантов melt blowing, в разные годы разработанных с участием белорусских учёных [3-6] и
адаптированных для получения волокнисто-пористых материалов различного назначения. В ряде работ изучены основные закорномерности процесса, найдены соответствия между технологическими параметрами и комплексом свойств волокнистых материалов. Фактически melt-blown ФЭ открыли новые возможности для фильтрационной очистки воздуха, питьевой воды, технологических и рабочих сред, отходов и промышленных выбросов. Крупнотоннажными потребителями melt-blown ФЭ стали биотехнология и инженерная экология [6].
Melt-spun материалы
Сущность технологии melt spinning заключается в высокоскоростном вытягивании волокон из расплава полимера в условиях воздушного охлаждения. Полимер после расплавления поступает в стальные стаканы диаметром 110 мм и выше, в которых имеются конические фильерные отверстия диаметром от 0,25 до 0,6 мм. Величина и расположение отверстий фильеры имеют большое значение для создания одинаковых условий истечения полимера из каждого отверстия, равномерного охлаждения и предотвращения слипания волокон. Расплав полимера истекает из отверстий фильеры в виде тонких струй и, охлаждаясь, затвердевает. Теплообмен между струёй расплавленного полимера и охлаждающей воздушной средой осуществляется по механизму конвекции. После охлаждения волокна поступают на приёмное устройство. Намотку волокон на бобину осуществляют с постоянной высокой скоростью от 450 до 6000 м/мин.
В последние десятилетия выполнен значительный комплекс теоретических и экспериментальных исследований, посвященных технологии melt spinning и направленных на научное обоснование выбора сырья, способов анализа готового продукта, использования для этих целей специальной измерительной техники. Значительных успехов на этом пути добились ученые Германии (Дрезденский институт исследования полимеров), основные достижения которых отмечены в [6]. Установлены основные закономерности взаимосвязи процесса плавления полимеров, технологических параметров melt spinning и физико-механических характеристик формируемых волокон. В последние годы теоретические и экспериментально-аналитические работы посвящались формированию melt-spun материалов для фильтрования многофазных сред. Развивается технология получения ФЭ для очистки воздуха из melt-spun нитей диаметром несколько микрометров путём их пневмопрядения в полотна с последующим облучением электронным пучком [2].
Spunbond материалы
«Spunbonding process» - англоязычное название технологии формирования волокнистых полимерных материалов методом экструзионного выдавливания расплава полимера через фильеры с последующей укладкой на подложке и связыванием волокон. Полимерный гранулят (полиэфиры, полиамид, полипропилен) перерабатывают с помощью экструдера при температурных режимах, обеспечивающих маловязкое течение расплава
полимера через фильеры. Формируемые волокна под действием силы тяжести поступают на приёмную подложку и далее на нагретые вальцы, где свариваются друг с другом в точках касания, образуя цельное полотно, впоследствии наматываемое на барабан. Варианты технологии предусматривают подачу волокон на приёмную подложку сжатым воздухом, а также их обработку в электрическом поле с целью обеспечения упорядоченного осаждения волокон на подложку.
Возможности снижения взрывопожароопасности
Проведённые теоретико-экспериментальные исследования с участием ученых и специалистов рядя научно-внедренческих предприятий Гомеля показывают, что существует возможность понижения взрывопожароопасного состояния зерноперерабатывающих предприятий путём замены ФМ, используемых в системах аспирации, на новые типы волокнисто-пористых полимерных систем. Полимеры в ходе формирования волокон можно подвергнуть физическому модифицированию, включая введение функциональных добавок, обработки в электрических и/или магнитных полях и т.п. Наибольшие возможности для этого даёт технология melt blowing, в которой высокотемпературного воздействие на расплав можно эргономичным и экономически выгодным образом совместить с физико-химическим модифицированием полимера [6], в том числе функционализированием.
Сравнительные лабораторные испытания образцов новых melt-blown материалов и ФМ, применяемых в системах аспирации ОАО «Речицкий комбинат хлебопродуктов», показали превосходство melt-blown ФМ и удобство их использования, включая утилизацию путём повторной melt blowing переработки. Тем самым, применение новых волокнистых полимерных материалов в системах аспирации, ведёт к расширению номенклатуры материалов и способов для снижения пожарной опасности зерноперерабатывающих предприятий.
Список использованной литературы
1. Melt blown technology [Эл. ресурс]. - Режим доступа: http://www.engr. utk.edu/mse/Textiles/Melt%20Blown%20Technology.htm.
2. Кравцов А.Г. Полимерные волокнистые фильтры для преодоления экологических последствий чрезвычайных ситуаций / А.Г. Кравцов, С.А. Марченко, С.В. Зотов. - Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого, 2008. - 280 с.
3. Полимерные волокнистые melt-blown материалы / В.А. Гольдаде [и др.]; под науч. ред. Л.С. Пинчука. - Гомель: ИММС НАНБ, 2000. - 260 с.
4. Кравцов А.Г. Полимерные электретные фильтроматериалы для защиты органов дыхания / А.Г. Кравцов, В.А. Гольдаде, С.В. Зотов; под науч. ред. Л.С. Пинчука. - Гомель: ИММС НАНБ, 2003. - 204 с.
5. Способ формирования пористых изделий из расплава полимера: а.с. 586628 СССР, МКИ3 В29 D 27/00 / В.П. Шустов, В.А. Белый, Т.В. Ставрова; заявитель и патентообладатель ИММС НАН Беларуси. - № 586628; заявл.
31.03.75; опубл. 30.12.77 // Офиц. бюл. № 48.
6. Кравцов А.Г. Электрические и магнитные поля в полимерных волокнистых фильтроматериалах для тонкой очистки многофазных сред: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук / ИММСНАН Беларуси. - Гомель, 2007. - 44 с.
