Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор полимерных покрытий, процессов и оборудования для их нанесения 8
1.1. Обзор существующих полимерных покрытий: назначение, виды и условия работы 8
1.1.1. Основные аспекты образования защитных полимерных покрытий 8
1.1.2. Основные характеристики некоторых полимерных композиционных материалов, применяемых для получения защитных покрытий 15
1.2. Процессы и оборудование для нанесения защитных полимерных покрытий 23
Глава 2. Объекты и методы исследований 31
2.1. Объекты и методы исследования полимерных композиций 31
2.1.1. Стандартные методы испытаний 32
2.1.2. Определение условной прочности и относительного удлинения при разрыве, склеивающих свойств, адгезионной способности защитных полимерных покрытий 33
2.1.3. Изучение реологических свойств композиций, применяемых для получения защитных полимерных покрытий 36
2.1.4. Методы статистической обработки результатов измерений, получение интерполяционных моделей и оценки погрешности измерений 37
2.2. Методы исследования устройств для нанесения полимерных композиций 41
2.2.1. Исследование условия заполнения камеры с обеспечиванием отсутствия самоистечения жидкости из формующего канала устройства, связанное с давлением жидкости и ее поверхностным натяжением 41
2.2.2 Исследование прогиба края цилиндрической оболочки устройства в зависимости от величины избыточного давления жидкости 43
2.2.3. Исследования формирования куполовидной завесы жидкости 47
2.2.4. Исследование параметров струи и времени истечения из формующего канала устройства 49
Глава 3. Экспериментальные и теоретические исследования полимерных покрытий, процессов и устройств для их нанесения 52
3.1 Исследование полимерных композиций 52
3.1.1. Влияние температуры термообработки на свойства защитных полимерных покрытий 52
3.1.2. Влияние времени термообработки на свойства защитных полимерных покрытий 57
3.1.3. Влияние типа и количества добавок НМС на свойства защитных полимерных покрытий 69
3.2. Исследование устройств для нанесения полимерных композиций 79
3.2.1. Исследование условия заполнения камеры с обеспечиванием отсутствия самоистечения жидкости из формующего канала устройства, связанное с давлением жидкости и ее поверхностным натяжением 79
3.2.2. Исследование прогиба края цилиндрической оболочки устройства в зависимости от величины избыточного давления жидкости 82
3.2.3. Исследования формирования куполовидной завесы жидкости 83
3.2.4. Исследование параметров завесы и время ее истечении из формующего канала 89
3.2.5. Исследование толщины завесы жидкости 93
3.2.6 Исследование процесса деформации горизонтальной цилиндрической завесы от действия гравитационных сил 97
Выводы 99
Список используемых источников 100
- Основные аспекты образования защитных полимерных покрытий
- Влияние температуры термообработки на свойства защитных полимерных покрытий
- Исследования формирования куполовидной завесы жидкости
- Исследование толщины завесы жидкости
Введение к работе
Актуальность работы.
В технике широко применяются антикоррозионные полимерные покрытия, используемые для химической, механической или комбинированной защиты различных материалов от внешних разрушающих факторов. Это позволяет с высокой эффективностью, как по экономическим, так и по эксплуатационным показателям (характеристикам), продлить срок службы изделий из металла, бетона и др. конструкционных материалов.
Используемые для этих целей полимеры должны обладать достаточно высокой устойчивостью к действию внешних разрушающих факторов, иметь хорошую адгезию к защищаемому материалу, высокие прочность, эластические свойства и др. показатели качества. Эти характеристики полимеров учитываются при их подборе к конкретным условиям эксплуатации, а также принимаются во внимание при выборе способов и устройств для их нанесения на различные поверхности, в частности на внутренние поверхности трубопроводов. Комплексный учет обоих вышеназванных факторов определяет экономическую эффективность применения того или иного полимера и/или способа нанесения покрытия.
Возможности синтеза новых, доступных для данного применения полимеров, а также технологические варианты нанесения покрытий в настоящее время ограничены, поэтому использование различных способов модификации известных полимеров для изготовления покрытий, а также совершенствование и создание технологии, и оборудования для их получения весьма актуальны.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР ГОУ ВПО ВГТА, диссертационные исследования входят перечень тем «Критических технологий федерального уровня» п. 6.2.8. «Обеспечение высоконадежной и экологически безопасной разведки и эксплуатации месторождений нефти и газа, трубопроводного транспорта».
Цель работы.
Улучшение качества современных, применяемых для получе
ния защитных покрытий из полимеров рецептурнотехнологически-
ми приемами, а также создание новых, высокоэффективных техно
логий и оборудования для нанесения композиций на защищаемую
поверхность. Для реализации поставленной цели решались сле
дующие задачи: _____
POC. НАЦИОНАЛЬНАЯ і БИБЛИОТЕКА 1
- э
изучение основных свойств композиций, оптимизация условий их получения;
разработка составов композиций для защитных полимерных покрытий для различных поверхностей;
разработка мобильного устройства для нанесения защитных полимерных покрытий на внутреннюю поверхность цилиндрических обечаек химической аппаратуры и трубопроводов;
- получение зависимости для расчета основных элементов
конструкции устройства для выдачи жидкости в виде тонкой ци
линдрической завесы и ее размеров.
Научная новизна.
-
Проведено систематическое изучение и подбор более эффективных технологических условий (температура и время) дополнительной термообработки защитных покрытий на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), бутадиен-стирольных смол (БСС) и нитроцеллюлозы (НЦ), основанных на термофлуктуационно-активационных процессах в полимерах, регулирующих соотношение между их «слабыми» и «сильными» связями в макромолекулах.
-
Установлено, что при термообработке химическая составляющая адгезии полимеров к подложке в большей степени преобладает у изучаемых полимеров, чем физическая составляющая, вклад которой в адгезию, например, у ПТФЭ близок к 3,0 -5,0 %.
-
Показано, что добавки серы, персульфата калия и бензойной кислоты и, особенно, их смесей, совместно с термообработкой образцов, способствуют дополнительному приросту основных свойств полимерных покрытий и пленок.
-
Отмечено, что при термообработке, в том числе в присутствии добавок, экстремальный вид изменения свойств изучаемых образцов обусловлен постепенным уменьшением доли «слабых» связей в цепях и далее уменьшением числа более «сильных» связей, что связывается с изменениями структуры ВМС, сходными с процессами реверсии при вулканизации эластомеров.
5. Разработан метод расчета деформации цилиндрической
оболочки от величины приложенного избыточного давления и его
распределения внутри устройства.
-
Установлены условия истечения устойчивой куполовидной завесы жидкости в зависимости от режимов работы устройства.
-
Получены расчетные зависимости для определения основных размеров устройства, обеспечивающих стабильный режим его работы.
Практическая значимость.
Подобраны технологические условия - температура и время термообработки защитных покрытий на основе политетрафторэтилена, бутадиен-стирольных смол и нитроцеллюлозы, обеспечивающие их более высокие рабочие показатели.
Установлены виды и количества добавок неорганических (сера и персульфат калия), органического (бензойная кислота), их смесей, дополнительно усиливающих эффект повышения свойств исследуемых образцов при термообработке.
Разработано новое устройство для нанесения защитных покрытий на внутреннюю поверхность трубопроводов - патент РФ №2250142.
Предложена инженерная методика расчета и конструирования установки доя нанесения защитных покрытий на внутреннюю поверхность цилиндрических изделий.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-технической конференции в г. Воронеже (2004 і.), а также на научных отчетных конференциях в Воронежской государственной технологической академии за 2003 и 2004 г. Получен патент РФ и приоритет на заявку на предполагаемое изобретение.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 аечашых рабог, в і ом числе 4 сіаіьи, получен наїсні РФ.
Структура и объем работы. Диссертация содержит три основные главы, а также введение, выводы, список использованных источников и приложения. Работа изложена на jf$ страницах, включает в себя /5~ рисунков и /d>Sнаименований литературных источников отечественных и зарубежных авторов.
Основные аспекты образования защитных полимерных покрытий
Защитные свойства полимерных покрытий определяются в основном химической стойкостью их основы - полимера (табл. 1.1.), составляющего основу покрытия, проницаемостью покрытия и его адгезией к поверхности изделия. Воздействие различных сред на защитные полимерные покрытия всегда сопровождается влиянием многих факторов, из которых наибольшее значение имеет температура. Ее влияние на скорость химических и физических процессов в покрытии, соприкасающейся с агрессивной средой, можно выразить уравнением Igk = A-j, (1.1.) где к — срок службы покрытия, ч; А и В — постоянные величины, определяемые экспериментально; Т — абсолютная температура, К. Свойства защитных полимерных покрытий могут быть определены назначением и видом конкретного полимерного покрытия, но в качестве основополагающих свойств данного, вида материалов выделяют: адгезию, прочность при разрыве, комплекс эластических свойств (изгиб єр, %; эластичность и др.) [24].
Адгезия - прилипание — связь между приведенными в контакт разнородными поверхностями. Причины возникновения адгезионной связи — действие межмолекулярных сил или сил химического взаимодействия. Адгезия обусловливает склеивание твердых тел — подложек — с помощью клеющего вещества — адгезива. В случае одинаковой (достаточно близкой) природы соприкасающихся поверхностей следует говорить об аутогезии (автогезии), которая лежит в основе многих процессов переработки полимерных материалов. При длительном соприкосновении одинаковых поверхностей и установлении в зоне контакта структуры, характерной для любой точки в объеме тела, прочность аутогезионного соединения приближается к когезионной прочности материала.
Адгезия жидкости к твердому телу с точки зрения термодинамики есть уменьшение свободной энергии на единице поверхности адгезионного шва в изотермически обратимом процессе. Работа обратимого адгезионного отрыва Wa определяется из уравнения: Wa=G]+G2- J\2, (1-2-) где 0 и 02 — поверхностное натяжение на границе фаз, а а)2 — поверхностное натяжение на границе фаз, между которыми имеет место адгезия.
Почти все применяемые в практике адгезивы представляют собою полимерные системы или образуют полимер в результате химических превращений, происходящих после нанесения адгезива на поверхности.
В настоящее время существует несколько теорий, поясняющих и позволяющих описать механизм адгезии [31]. Механическая адгезия -согласно этой концепции, осуществляется в результате затекания вещества в поры и трещины поверхности подожки и последующего отверждения. Если поры имеют неправильную форму и особенно если они расширяются от поверхности в глубь поверхности, образуются так называемые «заклепки», связывающие адгезив и поверхность подложки. Естественно, что покрытие должно быть достаточно твердым, чтобы «заклепки» не выскальзывали из пор и щелей.
Механическая адгезия, в некоторых случаях, безусловно играет существенную роль, однако ею нельзя объяснить все случаи адгезии покрытий на поверхности подложек, так как известно [97], что хорошие адгезионные свойства наблюдаются у покрытий наносимых на совершенно гладкие поверхности, не имеющие пор и трещин.
Согласно молекулярной теории, предложенной Дебройном [99], адгезия обусловлена действием ван-дер-ваальсовых сил, дисперсионных сил, сил взаимодействия между постоянными или между постоянным и наведенным диполями, а также взаимодействием ион-диполь или образованием водородных связей. Свою теорию Дебройн обосновал следующими, фактами:
1) один и тот же адгезив может склеивать различные материалы;
2) химическое взаимодействие между адгезивом и поверхностью подложки вследствие их обычно инертной природы мало вероятно.
Дебройну принадлежит известное правило: прочные соединения образуются между адгезивом и поверхностью, близкими по полярности.
В приложении к полимерам молекулярная (или адсорбционная) теория получила развитие в работах Мак-Ларена. Адгезия полимеров, по Мак-Ларену, можно разделить на две стадии:
1) миграция больших молекул из раствора или расплава адгезива к поверхности подложки в результате броуновского движения; при этом полярные группы или группы, способные образовывать водородную связь, приближаются к соответствующим группам материала подложки; 2) установление адсорбционного равновесия. При расстоянии между молекулами адгезива и подложки меньше 0,5 им (5 А) начинают действовать ван-дер-ваальсовы силы.
Согласно Мак-Ларену, в аморфном состоянии полимеры обладают большей адгезией, чем в кристаллическом. Для того чтобы активные участки молекулы адгезива продолжали контактировать с активными местами подложки при высыхании раствора, адгезив должен иметь достаточно низкую вязкость, что всегда сопровождается усадкой. С другой стороны, он должен проявлять определенную стойкость при растяжении или сдвиге. Поэтому вязкость адгезива не должна быть слишком малой, а степень его полимеризации должна лежать в пределах 50 — 300. При меньших степенях полимеризации адгезия невелика вследствие скольжения цепей макромолекул, а при больших — адгезив слишком твердый и жесткий и адсорбция его молекул субстратом затруднена. Адгезив должен обладать также определенными диэлектрическими свойствами (полярностью), отвечающими таким же свойствам субстрата. Лучшей мерой полярности Мак-Ларен считает величину \\.2lz, где ц — дипольный момент молекулы вещества, as — диэлектрическая проницаемость.
Таким образом, по Мак-Ларену, адгезия есть чисто поверхностный процесс, обусловленный адсорбцией определенных участков молекул адгезива с поверхностью подложки. Правильность своих представлений Мак-Ларен доказывает влиянием на величину адгезии ряда факторов (температуры, полярности, природы, размера и формы молекул адгезива и др.) и вывел зависимости, количественно описывающие адгезию. Так, для полимеров, содержащих карбоксильные группы, установлено, что прочность адгезионной связи (А) зависит от концентрации этих групп: A = k[COOH]n, (1.3.) где [СООН] —- концентрация карбоксильных групп в полимере; кип — константы. Долгое время оставалось неясным, могут ли межмолекулярные силы обеспечить требуемую адгезию. Во-первых, было показано, что при отслаивании полимерного адгезива от поверхности подложки, затрачивается работа на несколько порядков выше той, которая требуется для преодоления сил межмолекулярного взаимодействия. Во-вторых, рядом исследователей была обнаружена зависимость работы адгезии от скорости отслаивания полимерного адгезива, в то время как в случае правильности адсорбционной теории эта работа, казалось бы, не должна зависеть от скорости раздвижения поверхностей, находящихся в контакте. Однако проведенные в последнее время теоретические расчеты показали, что межмолекулярные силы могут обеспечить требуемую прочность адгезионного взаимодействия даже в случае неполярных адгезива и материала подложки. Несоответствие работы, расходуемой на отслаивание, работе, затрачиваемой против действия адгезионных сил, объясняется тем, что первая включает также работу деформации элементов адгезионного соединения. Наконец, зависимость работы адгезии от скорости расслаивания может быть удовлетворительно истолкована, если на этот случай распространить представления, объясняющие зависимость когезионной прочности материала от скорости деформации влиянием тепловых флуктуации на распад связей и релаксационными явлениями.
Влияние температуры термообработки на свойства защитных полимерных покрытий
Проводимые исследования основывались на развиваемой в ВГТА так называемой термофлуктуационно-активационной теории [126] химических реакций в полимерах, которая, в свою очередь была создана из анализа хорошо изученной термофлуктуационной теории физической прочности высокомолекулярных соединений [127].
Согласно последней в полимерах непрерывно происходят акты термофлуктуационной деструкции макромолекул, которые имеют два исхода:
а) образовавшиеся два радикала (или иона) в большинстве случаев сразу же рекомбинируют друг с другом с сохранением исходной структуры цепи;
б) свободные радикалы (ионы) взаимодействуют со своим окружением кислородом воздуха, имеющимися в полимере примесями и/или ингредиентами, а также с соседними макромолекулами.
В данной работе основное внимание было уделено п. б), т.е. вниманию на свойства полимерных покрытий, химических реакций, происходящих как в самом полимере, так и на границе его раздела с защищаемым материалом.
Классическая теория термофлуктуационной прочности основывается на практически экспериментальной зависимости от температуры прочностных свойств высокополимеров в области одного физического состояния, будь оно стеклообразным, высокоэластическим или в определенной степени кристаллическим. В связи с этим нами в первую очередь были проведе 53 ны испытания свойств адгезионных систем в зависимости от температуры их получения и/или длительности дополнительной термообработки.
Методики подготовки, виды и проведение испытаний модельных образцов «полимерное покрытие - субстрат» представлены ранее в главе 2 данной работы. Кроме чисто химических процессов, происходящих при этом в полимерах, а также между полимером и субстратом принимали во внимание механические факторы, сопровождающие термообработку: механическая адгезия, т.е. зацепление полимера за трещины, поры и др. дефекты поверхности металлов и т.д. Учитываемое влияние сводили практически к нулю посредством использования одних и тех же металлических образцов (подложек одной партии), а также постоянством условий обработки поверхности пластин и нанесения соответствующего (количества) полимера и/или его композиции.
В качестве базы сравнения свойств исследуемых образцов использовали исходные, не модифицированные полимеры.
Так на рис. 3.1. - 3.5. представлено влияние температуры термообработки на основные параметры различных полимерных покрытий.
Согласно данных рис. 3.1. оптимальная температура термообработки (время прогрева , час.) фторопластовых покрытий составляет около 200 С, что обусловлено, вероятно формированием оптимальных по структуре физических и химических связей между полимером и субстратом.
Аналогичные заключения можно сделать относительно других, изученных нами полимерных защитных покрытий, а именно:
а) оптимальная температура получения термообработки нитроцеллю-лозных покрытий составляет (при времени прогрева 1,5 час) примерно 50 С (рис. 3.2). Некоторое снижение прочности полимерных пленок выше 50 С здесь, вероятно, обусловлено, сравнительно низкой термостойкостью данного полимера и даже его склонностью к разложению при температурах выше 60С,.
б) лучшими свойствами обладали покрытия из бутадиен-стирольных латексов марки БС - 65 и БС - 45 (рис.3.3), термостабилизация которых была проведена при температуре 80 - 110С в течение 2 часов). Снижение за оптимумом свойств всех характеристик пленок, и в особенности эластических свойств, обусловлено здесь структурированием диеновой части сополимера под действием повышенных температур.
Исследования формирования куполовидной завесы жидкости
По формуле (2.31.) для различных значений высоты формующего канала получены расчетные значения изменения давления по периметру щели с текущей координатой z и сравнили с полученными экспериментальными данными.
Анализируя вышеприведенное, можно заключить, что длина формующего канала оказывает существенное влияние на падение давления по длине распределительного канала, особенно при значениях h, меньших 5 мм. Поэтому выравнивание давления, которое является определяющим для равенства расходов, а соответственно и толщины выдаваемой завесы, при проектировании формующих каналов следует их длину выбирать из ряда наибольших значений [35].
Однако известно, что при истечении жидкости через каналы большой длины требуется прикладывать значительные давления для преодоления гидравлических сопротивлений. Одним из методов выравнивания гидравлического сопротивления является согласованное изменение высоты распределительного канала Н. По зависимости (2.30) получены расчетные данные изменения Ри по длине распределительного канала z в зависимости от его высоты Н.
Для выявления закономерности изменения давления от высоты распределительного канала по его длине на основе полученных экспериментальных данных построены графические зависимости.
На основе анализа можно заключить, что высота распределительного канала Н влияет на падение давления по его длине ещё в большей степени, чем длина формующего канала h. Поэтому для достижения приблизительного или точного равенства гидравлических сопротивлений в любом сечении, удаленном от места входа жидкости в распределительный канал до любой точки при выходе из формующего канала, следует проектировать устройства с изменяющейся высотой распределительного канала. Существо проектно-конструкторских решений при этом заключается в отыскании такой конфигурации канала с закономерностью изменения H=f(z), для которого давление по всей длине этого канала будет одинаково или очень мало изменяющимся.
Исследования проводились по следующей методике. Насос при включении закачивал в трубопровод жидкость находящуюся в емкости и подавал ее на формующую головку. При помощи вентиля меняли расход и, соответственно, параллельно фиксировали давление жидкости в головке и время истечения. Доза жидкости измерялся в мерной емкости. Параллельно методом визуального наблюдения осуществлялась оценка качества истекающей завесы по следующим условным типам завесы (см. приложение):
1) капельное истечение;
2) неустойчивая завеса;
3) устойчивая завеса;
4) распыление.
Капельное истечение - жидкость из формующего канала поступает в виде отдельных капель. Такое истечение наблюдается при давлении, недостаточном для прохождения через формующий канал объема жидкости, способного при выходе сформироваться в цилиндрическую завесу.
Распыление - жидкость вытесняется из формующего канала в виде тонких струй. Как правило, скорость движения этих струй очень высока. Такой вид течения наблюдается в том случае, когда приложенное давление чрезмерно велико, и поэтому жидкость на выходе из формующей щели разбрызгивается.
Устойчивая завеса - жидкость истекает в виде сплошной пленки по всей длине формующего канала. Разбиение на струи в этом случае происходит только на определенном расстоянии от губок формующего канала и только за счет естественного утонения выдаваемой завесы.
Неустойчивая завеса - переходный режим течения между устойчивой завесой и одним из двух нежелательных режимов (струйным или капельным). При этом завеса существует либо не на всей длине канала, либо имеет разрывы в виде капельного или струйного течения.
Раствор для защитного покрытия цилиндрических изделий обладает высокой скоростью изменения реологических свойств в результате быстрого испарения растворителя, что создает значительные трудности для проведения опытов. Поэтому он в качестве исследуемой жидкости не использовался и был заменен на раствор воды с глицерином. Исследования проводились с трехкратным повтором опытов.
Сводная таблица экспериментальных данных для времени истечения завесы и расхода жидкости, форма завесы наблюдалась визуально.
В ходе экспериментов установлена область расхода жидкости, соответствующие удовлетворительному качеству выдаваемой пленки.
Анализ экспериментальных данных позволяет определить, оптимальный расход жидкости необходимый для качественной устойчивой куполовидной завесы. Устойчивая завеса - жидкость истекает в виде сплошной цилиндрической пленки по всей длине формующего канала. Разбиение на струи в этом случае происходит только на определенном расстоянии от губок формующего канала и только за счет естественного утонения выдаваемой цилиндрической завесы.
Неустойчивая завеса - переходный режим течения между устойчивой завесой и одним из двух нежелательных режимов (струйным или капельным). При этом цилиндрической завеса существует либо не по всему периметру канала, либо имеет разрывы в виде капельного или струйного течения.
В ходе экспериментов установлены интервалы сочетания диаметра кольцевой завесы и приложенного давления, соответствующие удовлетворительному качеству выдаваемой пленки.
Анализ экспериментальных данных позволяет определить интервалы значений приложенных избыточных давлений, при которых наблюдается визуально качественное формирование цилиндрической завесы для фиксированных значений диаметра завесы. Так, для 8=0,8 мм «устойчивая завеса» не формируется, и лишь при давлениях выше 0,15 МПа наблюдается образование «неустойчивой завесы». Для 5 = 0,8 мм «устойчивая завеса» образуется в интервале давлений от 0,12 до 0,16 МПа. При 8=0,1 мм «устойчивая завеса» формируется при давлениях от 0,09 до 0,13 МПа. При 8= 0,15 мм «устойчивая завеса» формируется при давлениях от 0,07 до 0,09 МПа.
Анализ проведенных исследований позволяет сформировать рекомендации по выбору величин прикладываемых избыточных давлений для качественного ведения процесса формирования завесы. Поскольку реологические характеристики раствора для защитного покрытия труб очень близки (см. п.3.1), то результаты исследований зависимости качества истечения от приложенного давления, проведенного для модельной среды легко аппроксимировать и использовать для выработки рекомендаций по выбору интервалов давлений для защитного покрытия труб. Формирование качественной завесы при истечении жидкости из формующего канала шириной 0,08 мм не представляется возможным. Наблюдается неустойчивая завеса в интервале давлений от 0,063 до 0,09 МПа.
Анализ данных позволяет заключить, что для интервала значений ширины формующего канала 0,09; 0,1; 0,15 мм формирование устойчивой кольцевой завесы возможно в довольно широком интервале прикладываемых давлений. Ведение технологического процесса нанесения защитного покрытия на внутренние поверхности труб рекомендуется в следующих интервалах давлений: Р =(0,13 ч- 0,15) МПа при истечении жидкости из формующего кольцевого канала шириной 8=0,09 мм; Р=(0,1 0,12) МПа при истечении жидкости из формующего кольцевого канала шириной 5=0,1 мм; Р=(0,079 ч-0,081) МПа при истечении жидкости из формующего кольцевого канала шириной 8=0,15 мм.
Анализ зависимостей, представленных на рис. 3.17. позволяет заключить, что для значений ширины формующего канала 0,2 и 0,3 мм формирование устойчивой завесы модельной среды возможно в довольно широком интервале прикладываемых давлений. Ведение технологического процесса нанесения покрытий на внутренние поверхности труб рекомендуется в еледующих интервалах давлений: Р =(0,14 4- 0,16) МПа при его истечении из формующего канала шириной 5=0,2 мм; Р=(0,05 -г 0,09) МПа при истечении из формующего канала шириной 8=0,3 мм.
Исследование толщины завесы жидкости
По полученным экспериментальным значениям, построены графические зависимости толщины завесы Sx(z) от высоты ее падения Н и скорости истечения уииз формующего канала рис. 3.19.
В процессе движения завесы после выхода из формующего канала с начальной скоростью vH происходит постоянное утонение, которое при некотором значении Н в итоге приводит к ее разрушению. Интенсивность уменьшения толщины зависит как от начальной скорости, так и от высоты ее падения. Причем при высоких скоростях уи =0,14 м/с (линия 1) разрушение завесы наступает очень быстро - уже на расстоянии 6 мм от губок формующего канала, при vM=0,08 м/с - через 8 мм (линия 2), а при небольшой скорости (vH=0,02 м/с) только через 12 мм (линия 3). Когда начальные скорости исте 94 чения достаточно велики (кривые 1 и 2), то и интенсивность утонения пленки с изменением высоты Нс весьма значительна. Для истечения с малой начальной скоростью (vH=0,02 м/с, кривая 3) изменение толщины завесы происходит гораздо медленнее.
На основе анализа кривых (рис.3.18.) можно заключить, что для обеспечения стабильного и качественного получения завесы, особенно в тех случаях, когда требуется иметь достаточно широкий диапазон варьирования ее толщиной, а соответственно и покрытия, изменяя высоту Нс, необходимо стремиться к уменьшению начальной скорости истечения жидкости из формующего канала. Для увеличения производительности следует выбрать высокую начальную скорость истечения жидкости (линии 1,2), но тогда требуемая толщина завесы будет получена в гораздо более узком интервале высот Нс.
В данном эксперименте ставятся две основные задачи.
1. Измерение толщины цилиндрической пленки завесы;
2. Определение закономерности изменения толщины цилиндрической пленки по высоте ее падения.
Предварительно, с помощью измерительных щупов между двумя параллельными стеклянными пластинами устанавливался необходимый зазор, в который помещалась исследуемая жидкость в виде тонкой пленки. Сформированный таким образом пакет размещался в поле действия лазерного излучения. При этом, на потенциометре фиксировалась ЭДС, уровень которой соответствует величине оптического поглощения пленки исследуемой жидкости данной толщины. Полученные значения занесены в таблицу 3.8.
В таблице 3.8. представлены результаты при трехкратных повторах измерений миллиЭДС, полученных в результате потери мощности лазерного излучения при его прохождении через двойное стекло: с зазором 5s=(0,l-3 мм); слой модельной эмульсии толщиной 8S от 0,1 до 3 мм.
На основе анализа данных следует отметить, что ЭДС излучения, проходящего через два стекла, находится в пределах от 181,7 до 180,3 mV и практически не зависит от изменения зазора между стеклами. Для эмульсии, толщиной от ОД до 3 мм, изменение ЭДС оказывается весьма существенным и изменяется практически по линейной зависимости в пределах от 179,7 до 163,3 mV. Модельная среда обладает ещё большими свойствами поглощения излучения, при этом ЭДС изменяется от 170,3 до 119,3 mV с толщиной слоя от ОД до 2 мм. Как видно из анализа, данный метод измерения толщины слоя эмульсии может быть использован для определения толщины конической движущейся завесы.
Результаты исследований зависимости толщины пленки от высоты ее падения представлены в таблице 3.9.
В таблице 3.9 представлены значения толщины завесы, измеренной в трех опытах при её выдаче под избыточным давлением Р-(0,1;0,2;0,3;0,4;0,5) МПа на высоте падения Нс=(10,20,40,60,80) мм. По результатам опытов получены средние значения толщины завесы, изменяющейся в интервалах: при Р=0,1 МПа, 5ср =(0,753-0,283); при Р=0,09 МПа, 5ср =(0,687-0,240); при Р=0,08 МПа, 5ср =(0,610-0,190); при Р=0,07 МПа, 5ср =(0,557-0,150); при Р=0,06 МПа, 5ср =(0,483-0,110).
