CC BY
0УДК 621.822.6.004.67
УЛТРАТОВУШЛИ ИШЛОВ БЕРИШДА ПОЛИМЕР КОМПОЗИТ МАТЕРИАЛ (ПКМ) ЭРИТМАЛАРИНИНГ ГАЗСИЗЛАНТИРИШ
Полвонов А.С., Шотмонов Д.С., магистрант Валиев Б.Ф.
Аннотация: Маколада полимер композит материалларини ишлов беришда х,осил булган пуфакчалар туфайли говакларни пайдо булиши, уларни полимер копламалар сифатини бузилишига ва тез шикастланишига олиб келиши, говакларни камайтириш учун ултратовушли ишлов бериш, газсизлантириш механизми, пуфакчаларни пайдо булиш жараёни ва уларни ултратовушли газсизлантириш билан камайтириш йуллари куриб чикилган. Суюкликни газсизлантириш тезлиги ва квази мувозанат концентрациясини х,исоблаш хдмда газсизлантириш режимлари, шунингдек суюкликдаги газ концентрацияси ултратовуш тебранишларининг частотасига ва жадаллигига ва ултратовушда ишлов бериш вактига богликлиги тадкик килинган.
Аннотация: В статье рассматривается образование пор из-за пузырьков, образующихся при обработке полимерных композиционных материалов, которые приводят к ухудшению качества и разрушению полимерных покрытий. А также расмотрена ультразвуковая обработка для уменьшения пористости, механизм дегазации, процесс образования пузырьков и способы их уменьшения путем ультразвуковой дегазации. Исследована скорость дегазации жидкости и расчет квазиравновесных режимов концентрации и дегазации.
Abstract: The article discusses the formation of pores due to bubbles formed during the processing of polymer composite materials, which lead to a deterioration in the quality and destruction of polymer coatings. It also considers ultrasonic treatment to reduce porosity, the degassing mechanism, the process of bubble formation and methods of their reduction by ultrasonic degassing. The rate of liquid degassing and the calculation of quasi-equilibrium modes of concentration and degassing have been investigated.
Калит сузлар: полимер копламаси, копламани говаклиги, газ пуфакчалари, ултратовушли дисперция, ултратовушли газсизлантириш, ултратовушли тебраниш, товуш жадаллиги, кавитация, диффузия, акустик, гидродинамик, эритманинг зичлиги, эритманинг сирт таранглиги, ковушоклик.
Ключевые слова: полимерное покрытие, пористость покрытия, пузырьки газа, ультразвуковое диспергирование, ультразвуковая дегазация, ультразвуковые колебания, интенсивность звука, кавитация, диффузия, акустика, гидродинамика, плотность раствора, поверхностное натяжение раствора, вязкость.
Key words: polymer coating, coating porosity, gas bubbles, ultrasonic dispersion, ultrasonic degassing, ultrasonic vibrations, sound intensity, cavitation, diffusion, acoustics, hydrodynamics, solution density, solution surface tension, viscosity.
ДАСТ 9.407-84 буйича полимер копламасининг асосий нуксонлари орасида копламани шикастланиш жараёнини бошлайдиган говакларнинг мавжудлигидир. Говаклар суюк полимердан полимерланиш жараёнида газ пуфакчалари чикиши туфайли пайдо булади, улар полимер копламалар сифатини бузилишига ва тез шикастланишига олиб келади. ^опламанинг говаклилигини камайишини таъминлайдиган шароитларни аниклаш мух,им технологик муаммо х,исобланади.
Ушбу тадкикотнинг максади ултратовушли дисперция пайтида ПКМ эритмаларини самарали газсизлантириш параметрларини аниклашдир.
Газсизлантириш - бу ултратовушли тебранишлар таъсирида суюклик-даги газнинг микдори камайиб кетадиган жараён булиб, унда эриган х,олатда ва пуфакчалар шаклида булади. Ултратовушли газсизлантириш механизми юкори гидростатик босимда х,ам узок вакт давомида мавжуд булишига имкон берадиган махсус хусусиятларга эга булган баркарор газ пуфакчалари шаклида суюкликда ядроларнинг мавжудлигини назарда тутади. Суюк булмаган катти; аралашмаларни уз ичига олган суюк мух,итда газ фазаси улар юзаларининг микроскопик носимметрикликларида х,ам учрайди [1]. Бинобарин, дисперс металл зарралари билан тулдирилган полимер композит материал эритмасида газ фазаси тулдирувчи зарралари юзасининг микро - ёки нанонотекисликларда х,ам содир булади.
Товуш жадаллиги кавитация чегарасидан юкори булса, суюкликда пуфакчалар ёрилганда пайдо буладиган янги "парчаланиш" ядролари х,осил булади, шунинг учун х,осил булган пуфакчалар сони - ядроларни кескин купайтиради. Ултратовушли газсизлантириш (УТГ) жараёни икки боскични уз ичига олади. Газни тозалашнинг дастлабки боскичида газ пуфакчалари акустик сохдда тебранади ва улардаги эриган газнинг таркалиши туфайли уларнинг катталиги ошади. Диффузия билан бир каторда, пуфакчалар хджмининг усишини бирлашиш натижасида келиб чикади, яъни, пуфакчали жуфтларни ёки гурух,ларни акустик гидродинамик келиб чикиш кучлари таъсирида бирлаштириш оркали - булар гидродинамик окимлар (Бернулли кучлари) ва акустик окимлардир (Беркнесс кучлари). Ултратовушнинг иккинчи боскичида маълум хджмга етган газ пуфакчалари суюклик юзасига интилиб, атмосферага (атроф-мух,итга) ажралиб чикади. Суюк металлда газ пуфагининг кутарилиш шарти куйидаги шаклга эга [1]:
2
PH 2 ^ P0 + hP + , (1)
бу ерда Рн2 - пуфакдаги газ босими;
Р0 - эритма билан ваннанинг юзасидаги атмосфера босими; h - эритма устунининг пуфакчадан баландлиги; р-эритманинг зичлиги; о - эритманинг сирт таранглиги; r - пуфакчанинг радиуси.
(1) формуладан келиб чиксак, суюкликнинг зичлиги ва сирт таранглиги канча куп булса, унинг кутарилиши учун пуфакдаги газ босими шунчалик юкори булиши керак. Пуфакчанинг юзага кутарилиш тезлигини Стокс тенгламаси билан аниклаш мумкин:
- r2
^ = ^-(Р-Г), (2)
бу ерда g - огирлик кучи тезланиши;
ц - эритманинг динамик ковушоклиги; р-эритманинг зичлиги; Y - газнинг зичлиги.
(2) формуладан келиб чиксак, суюкликнинг ковушоклиги канча паст булса, пуфакнинг юзага кутарилиш тезлиги шунчалик катта булади.
ТУ 6-06-246-92 га мувофик, Ф-40 эластомер эритмаси огирлиги буйича 80 масса кисмни уз ичига олади. Ацетон (колган кисми ФКУ смоласи ва СКН-40 каучуги), шунинг учун материалнинг динамик ковушоклиги 197 МПахс ни ташкил этади, бу ЭД-20 эпоксидли смолани (4000 МПахс) ковушоклигидан 20,3 баравар кам, АН111 анаэроб герметигидан 15,2 баравар кам (3000 МПа х с) ва АН-103 акрил елимидан (1400 МПахс) 7,1 баравар кам. (1) ва (2) формулалар буйича хулосалардан келиб чикадиган булсак, Ф-40 эластомер эритмасида эпоксидли смола, анаэроб ва акрил елимларидан фаркли уларок, газни тозалаш шароитлари анча яхши.
Газсизлантириш жараёни механизми тугрисида иккита маълум гипотеза мавжуд: биринчиси - кавитация, унга кура кавитация пайтида куп микдордаги пуфакчалар х,осил булади, бу суюкликда эриган газнинг таркалиши ва бирлашиши натижасида ортади; иккинчиси суюкликда кавитация булмаган х,олда баркарор пуфакчалар мавжудлигини тахмин килади, улар ривожланишнинг ухшаш боскичларидан утади. Капустинанинг ишларида суюк газсизлантириш кавитациясиз паст товуш жадаллигида содир булишини курсатувчи экспериментал маълумотлар келтирилган ва баркарор газ пуфакчалари газсизлантириш марказлари деган хулосага келишган [2].
Газсизлантириш жараёнининг асосий тавсифларини х,исоблаш: газсизлантириш тезлигини ёС/& ва квази-мувозанат консентрациясини С"р (маълум вактдан кейин ултратовушли ишлов беришда суюкликда х,осил буладиган газ пуфакчаларининг доимий концентрацияси) х,исоблаш жуда кийин вазифа. Ушбу муаммо Б.А. Агранат томонидан соддалаштирилган, бу газсизлантиришнинг диффузия механизмини куриб чикади. Х,акикий газсизлантириш - бу эритилган газнинг чикиши ва унинг суюкликдаги концентрациясининг мувозанат кийматидан паст кийматларга камайиши, бу диффузия туфайли юзага келади.
Суюк мух,итдаги газ концентрациясининг нурланиш пайтида акустик майдон таъсирида узгариши куйидагича ифодаланади:
бу ерда Со - дастлабки концентрация; вакт;
в - акустик хусусиятлар билан аникланган параметрлар (товуш жадаллиги I
А ва п - коэффициентлар, уларнинг киймати акустик шароитлар билан аникланади;
Е0 - бу газсизлантириш жараёни давом этаётган пайтдаги хджмли энергия зичлиги Е нинг минимал киймати.
Ултратовушли газсизлантиришнинг иккита режими мавжуд: олдиндан кавитация ва ултратовушли кавитация мавжудлигида.
Кавитациядан олдинги режимда Ус концентрациясининг узгариш тезлиги I товуш жадаллигига мутаносиб ва унинг / частотага эмпирик богликлиги куйидагича булади:
(3)
ва товуш тебранишларининг частотаси_Д $ = А(Е — Е0)" ;
п
бу ерда Б,п,к - константалар (доимийлар).
О.А.Капустинанинг ишидаги экспериментал тадкикотлар квази мувозанат консентрацияси С^р деярли ултратовуш тебранишларининг частотаси / ва жадаллигига I боглик эмаслигини курсатди (1-жадвал).
1-жадвал
Квази мувозанат концентрациясининг ва унинг урнатилиш вактининг
Т- УТ тебранишларини Квази мувозанат тр, мин
р частотаси, / кГс концентрацияси, С*р
1 10 0,0138 -
2 22 0,0145 580
3 80 0,014 -
4 500 0,0135 -
5 1000 0,0142 250
О.А. Капустинанинг илмий тадкикот ишида суюкликда тебраниш частотаси / ва товуш майдонини энергия зичлигидан Е катъий назар, тегишли вакт оралигида квази-мувозанат консентрациясининг бир хил киймати урнатилиши тажрибада исботланганлиги курсатиб утилган.
Кавитация режимида концентрациясининг узгариш тезлиги Ус олдинги кавитацияга караганда товуш жадаллигини ошиши билан тезрок усади, яъни, кавитация суюкликнинг газ чикарилишини кучайтиради. Ушбу богликлик чизикли булмайди. Шу билан бирга, ултратовуш нурланишининг жуда юкори жадаллигида тебраниш режими урнатилиши мумкин, шунда жадалликнинг янада ошиши газсизлантириш тезлигини пасайишига ёрдам беради. Бу иккинчи гурух,нинг пулсацияловчи бушликларига тааллуклидир, уларнинг бошлангич хджми резонансга караганда каттарокдир. Кенгайиш вактида улар сезиларли даражада купаяди, аммо сикилиш боскичида бушликлар ёпилишга улгурмайди ва маълум уртача максимал радиус атрофида пулсацияланади. Шунинг учун самарали дисперцияланиш шарти: 2,0Р0<Р<10Р0 долзарб булиб, полимер эритмасининг самарали газсизланиш шартидир.
Шундай килиб, суюкликдаги газ концентрацияси С ултратовуш тебранишларининг частотасига / ва жадаллигига I ва ултратовушда ишлов бериш вактига I боглик. Ултратовуш тебранишларининг частотаси / ва жадаллиги I канчалик катта булса, ултратовушли ишлов бериш вактининг I узида суюкликдаги газ концентрацияси С шунчалик паст булади. Ултратовуш тебранишларининг частотаси/ ва жадаллиги I деярли квази мувозанат концентрациясининг Ср кийматига таъсир килмайди, балки квази-мувозанат концентрациясининг узгариш тезлигини Ус аниклайди. (2.30) формулага мувофик, частотанинг/ купайиши билан Ус тезлиги ошади.
Турли хил хдроратларда олиб борилган тажрибалардан, шу келиб чикадики, суюкликнинг ^арорати канча юкори булса, товуш таъсирида баркарорлашган квази-мувозанат концентрациясининг киймати шунчалик паст булади, 1 -расм [2].
[р, см3/МП 26
18 %
1Q
\
Л /
/
\
10 30 50 70 90 t 'С 1-расм. Х,авонинг мувозанат консентрациясининг 1 атм статик босимдаги
х,ароратга боFликлиги [2]
Учинчи гурух,нинг микрохджмлардаги бушликлари ёпилганда 100 МПа гача юкори босим пайдо булади ва хдрорат 1000 0 С га кутарилади, шунинг учун Ф-40 эластомер эритмасини ултратовуш билан ишлов беришда унинг хдрорати кутарилишини ва квази-мувозанат консентрацияси кийматининг пасайишини кутиш керак, яъни эритмадаги газ пуфакчалари концентрациясини стандарт хдроратга нисбатан камайишини.
Суюкликдаги акустик тебранишларнинг концентрациянинг баркарор х,олатига таъсир даражаси параметри билан бах,оланиши тавсия этилади:
у=(Ср- Гр)/ Ср (5)
бу ерда Ср - товуш булмаганда мувозанат консентрацияси.
Статик босим 10 Па (1 атм) ва 200С хдроратда у киймати 0,3 (30%) га тенг. Статик босимнинг пасайиши билан у параметри ошади ва 0,5*105 Па (0,5 атм), босимда 0,7 (70%) га етади [2].
Гидростатик босимнинг пасайиши квази мувозанат концентрацияси С^р кийматининг пасайишига олиб келади, яъни эритмадаги газ концентрациясини. Шу билан бирга, гидростатик босимнинг пасайишини таъминлаш учун УТИ технологияси ва жих,озларини мураккаблаштирадиган вакуум ускуналари керак булади. Шуни х,ам х,исобга олиш керакки, гидростатик босимнинг пасайиши билан эрозия фаоллигининг мезонлари х пасаяди, яъни, ПКМ эритмасидаги тулдиргичларнинг дисперцияси самарадорлиги пасаяди. Шунинг учун ПКМ эритмасининг УТИ ни атмосфера босимида утказиш афзалдир.
Шуни хулоса килишимиз мумкинки, ПКМ эритмасини ултратовуш билан ишлов беришда кавитация туфайли унинг хдрорати кутарилади ва квази мувозанат консентрацияси С*р киймати пасаяди, яъни эритмадаги газ пуфакчаларининг консентрацияси стандарт хдроратга нисбатан камаяди. Шунинг учун, ПКМ эритмаларининг ултратовушли дисперцияси уларнинг самарали газсизланишига ва ПКМ копламаларининг говаклилигининг пасайишига ёрдам беради.
АДАБИЁТЛАР
1. Агранат, Б.А. Основы физики и техники ультразвука : учеб. пособие для вузов / Б. А. Агранат [и др.]. - М. : Высш. шк., 1987. - 352 с.
2. Капустина, О.А. Физические основы ультразвуковой технологии / О.А.
Капустина: в 3-х т./Л.Д.Розенберг [и др.].-М.: Наука, 1970.-Т.3.- 89 с.
3. Колесников, А.А. Повышение качества покрытий полимерной композиции на основе эластомера Ф-40 при ультразвуковой обработке / Р.И. Ли, А.А. Колесников //: -Тамбов.: Изд-во ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии, 2013. - С. 18 - 21.
4. Колесников А.А. Ультразвуковая дегазация растворов полимерных композиционных материалов как основа повышения качества полимерных покрытий при восстановлении корпусных деталей автотракторной техники / Ли Р. И., Колесников А.А. // II международная научно-практическая конференция: Информационные технологии и инновации на транспорте: - Орел.: Изд-во ФГБОУ ВО «ОГУ имени И.С. Тургенева»., 2016. - С. 258 -264.
5. Капустина, О.А. Физические основы ультразвуковой технологии / О.А. Капустина: в 3-х т./Л.Д.Розенберг [и др.]. - М.: Наука, 1970. - Т.3. - 689 с.
