Исследование геометрических свойств волокон и анализ их влияния на воздухопроницаемость фильтровальных нетканых иглопробивных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство общего образования РФ

Санкт Петербургский Университет Технологии и Дизайна

Кафедра материаловедения и товарной экспертизы

Курсовая работа

На тему: " Исследование геометрических свойств волокон и анализ их влияния на воздухопроницаемость фильтровальных нетканых иглопробивных материалов"

Выполнили: студентки группы 3-ШД-2

Кашина К.В.

Сухова И.А.

Научные руководители: д.т.н., проф.

Куличенко А.В.

асп. Бондаренко О.В.

Санкт - Петербург

2012 год

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

ГЛАВА 1. Литературный обзор

1.1 Требования к фильтровальным материалам

1.2 Влияние структурных характеристик на свойства фильтровальных материалов

ГЛАВА 2. Характеристика объектов исследования

ГЛАВА 3. Методическая часть

3.1 Метод приготовления препаратов для изучения продольного и поперечного вида

3.2 Методика определения диаметров волокон

ГЛАВА 4. Результаты исследований

4.1 Результаты измерений

4.2 Обнаружение и устранение погрешностей измерений

4.3 Описание внешнего вида волокон

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Нетканые материалы -- текстильные изделия из волокон или нитей, соединённых между собой без применения методов ткачества. ^[1]

Нетканые фильтровальные материалы (НФМ) изготавливаются из синтетических волокон и предназначены для фильтрации воздуха и газов от твердых частиц различной природы. Используются в рукавных фильтрах для очистки газовых выбросов, в том числе и химически агрессивных. ^[3]

Целью работы является исследование геометрических свойств волокон, используемых для производства фильтровальных нетканых материалов.

Для достижения цели работы поставлены следующие задачи:

- исследование внешнего вида волокон: продольного вида и поперечного среза;

- измерение диаметра волокон.

Для проведения исследований взяты образцы нетканых фильтровальных иглопробивных материалов разного волокнистого состава.

фильтровальный материал препарат волокно

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Требования к фильтровальным материалам

В соответствии с задачами фильтрации материалы данного назначения должны обеспечивать:

· достаточно высокую задерживающую способность;

· небольшое гидравлическое сопротивление;

· устойчивость против засорения пор и легкую регенерацию;

· длительный срок службы, обусловленный механической прочностью и устойчивостью при работе в агрессивной среде;

· удобство в обращении;

· быстроту замены;

· невысокую стоимость.

Выбор материалов, отвечающих всем этим требованиям, представляет большую сложность, поэтому в конкретных условиях фильтрации может приобрести особое значение удовлетворение одного или двух из перечисленных требований, которые становятся определяющими при выборе наиболее подходящего ФМ.

Для более полного прогнозирования работоспособности материалов данного назначения недостаточно знать его фильтрующие характеристики, необходимы также сведения о поведении ФМ в агрессивной среде и данные о взаимосвязи параметров процесса термовоздействия со свойствами ФМ. При эксплуатации ФМ неоднократно подвергаются воздействию повышенных температур (порядка 200єС). В результате даже кратковременного термовоздействия в материале происходит изменение физико-механических свойств, а в отдельных случаях - полная деструкция.

Значительное расширение области применения фильтров привело к необходимости выпуска новых фильтровальных материалов, обладающих стойкостью к действию агрессивных сред, высокой эффективностью очистки, доступностью и невысокой стоимостью. В настоящее время для очистки промышленных газов с высокой запыленностью в качестве пористых сред получили широкое распространение нетканые фильтровальные материалы (ФМ). Отсутствие в процессе их производства стадий получения нитей и ткачества обусловливает простоту технологии, высокую производительность и минимальную себестоимость. ^[3]

1.2 Влияние структурных характеристик на свойства фильтровальных материалов

Фильтровальные характеристики напрямую зависят как от параметров очищаемой среды (кислой, щелочной, нейтральной), размеров частиц , так и от структуры фильтровального материала: пористости, размера пор, диаметра и толщины волокон, толщины полотна.

Одной из важнейших характеристик, оценивающих фильтровальную способность материала, является эффективность очистки, которая зависит от многих факторов, в том числе и от дисперсного состава загрязнителя. В реальных условиях эксплуатации дисперсный состав загрязнителей может существенно отличаться. Поэтому для более объективной оценки работоспособности фильтров и правильного выбора материалов необходимо иметь представление о размерах частиц, пропущенных ФМ, а также о среднем и фракционных коэффициентах пропуска. ^[3]

Глава 2. Характеристика объектов исследования

Для исследования было выбрано 7 образцов нетканых иглопробивных материалов. Основные свойства исследуемых фильтровальных нетканых иглопробивных материалов представлены в Таблице 1 и их эксплуатационные свойства в Таблице 2 ^[4].

Глава 3. Методическая часть

Исследование волокнистого состава материалов с помощью микроскопа Микромед-2 (Рисунок 1, Рисунок 2) при увеличении х40, х100 и х400. Провели измерение поперечника (диаметра) волокон при увеличении х400.

Рисунок 1.



Рисунок 2.

3.1 Метод приготовления препаратов для изучения продольного и поперечного вида

Приготовление временных препаратов для рассмотрения волокон в продольном виде. Предметные и покровные стекла протирают чистой белой ветошью. Затем на предметное стекло пипеткой или стеклянной палочкой наносят 1-2 капли дистиллированной воды или какой либо другой жидкости (глицерина, реже кедрового масла и др.) В жидкую среду, нанесённую на предметное стекло, помещают несколько волокон. Затем препарировальной иглой их разъединяют и расправляют так, чтобы они были хорошо смочены и расположены равномерным тонким слоем без скоплений в виде пучков. Держа предметное стекло в левой руке, большим и средним пальцами правой руки берут за рёбра покровное стекло, нижним ребром ставят его перпендикулярно на смоченный участок предметного стекла и медленно указательным пальцем правой руки опускают на смоченные волокна. При этом следят, чтобы под покровным стеклом не образовывались пузырьки воздуха, которые мешают рассмотрению объекта. Излишек жидкости удаляют с препарата фильтровальной бумагой, после чего препарат помещают на предметный столик микроскопа.

Для приготовления поперечных срезов по способу проф. А.Г. Архангельского пучок скрученных вручную волокон или нить закладывают внутрь окрашенной в черный цвет шерстяной ровницы. Полученную пробу вкладывают в петлю прочной шелковой нитки и втягивают в отверстие (0,5-0,75 мм) стальной отполированной пластинки ( Рисунок 3, а ). Торчащие концы волокон пробы обрезают ножницами ближе к пластинке. Выступающую часть волокон срезают бритвой, ведя ее на себя в чуть наклонном положении (Рисунок 3, б). Срез волокон при этом способе приготовления находится в отверстии пластинки. Его накрывают покровным стеклом и переносят на предметный столик микроскопа для исследования в отраженном свете.

Рисунок 3.

3.2 Методика определения диаметра волокон

Окулярные и объективные микрометры. Для точного измерения исследуемого объекта под микроскопом (поперечника волокон или нитей, ширины канала волокон, величины пор в тканях и др.) применяют окулярные микрометры (Рисунок 4, а).



Рисунок 4.

Он представляет собой круглое стекло в оправе, которое закрепляется в верхней части окуляра вместо глазной линзы. Окулярный микрометр можно поместить на диафрагме, предварительно вывинтив обойму глазной линзы.

Окулярный микрометр имеет шкалу, на которой нанесено 50 делений; одно деление шкалы равно 0,1 мм, или 100 мк. Для четкой видимости делений микрометра его закладывают в окуляр микроскопа шкалой вниз, иначе ее деления не попадают в фокус. Цена деления n окулярного микрометра меняется в зависимости от степени увеличения микроскопа, поэтому в каждом конкретном случае при выбранном увеличении микроскопа ее необходимо определить с помощью объективного микрометра ( Рисунок 4, б). Он представляет собой металлическую пластину, в центре которой вмонтировано круглое покровное стекло со шкалой посередине. Шкала объективного микрометра (Рисунок 4, в) длиной в 1 мм разделена на 100 частей; следовательно, цена каждого деления равна 0,01 мм, или 10 мк. Положив объективный микрометр на предметный столик микроскопа так, чтобы его шкала была в центре поля зрения, и установив микроскоп на фокус, поворотом окуляра совмещают шкалы микрометров до параллельного расположения их делений (Рисунок 5),



Рисунок 5.

затем находят такой участок а-б, на котором деления обеих шкал совпадают, и подсчитывают число делений на обеих шкалах, находящихся на участке а-б.

Для определения цены деления окулярного микрометра необходимо число делений шкалы объективного микрометра на участке а-б умножить на цену его деления, т.е. На 10 мкм, и разделить на число делений шкалы окулярного микрометра на том же участке а-б. Определив n, на предметный столик микроскопа вместо объективного микрометра кладут препарат и определяют размеры исследуемого объекта в делениях окулярного микрометра. Умножив их на n, определяют истинные размеры объекта в микронах. ^[6]

Глава 4. Результаты исследования

4.1 Результаты измерений

Результаты измерений диаметра волокон приведены в Таблице 3.

4.2 Обнаружение и устранение погрешностей измерений

Данные результаты измерений были проверены на наличие резко выделяющихся значений с помощью критерия Смирнова-Граббса по формулам (1) и (2).

V_Rmax=((d_imax-d_cp)/S_d)*(n/(n-1))^1/2 (1)

V_Rmin=((d_cp- d_imin)/S_d)*(n/(n-1))^1/2 (2),

где n-количество испытаний;

d_imax -максимальный диаметр волокна;

d_cp - средний диаметр волокна;

S_d - среднее квадратическое отклонение.

1. АНАТ-ФМ №2

V_Rmax = 1,94

V_Rmin = 2,06

По таблице значений Смирнова- Граббса, в зависимости от числа измерений, при n = 25, находим, что V_табл = 2,717. Ввиду того, что V_Rmax < V_табл и

V_Rmin < V_табл нет оснований результат d_min = 12,5 мкм и d_max = 22,5 мкм исключать из полученного ряда измерений.

2. ПФНП-500

V_Rmax = 2,66

V_Rmin = 1,98

По таблице значений Смирнова- Граббса, в зависимости от числа измерений, при n = 25, находим, что V_табл = 2,717. Ввиду того, что V_Rmax < V_табл и

V_Rmin < V_табл нет оснований результат d_min= 12,5 мкм и d_max = 22,5 мкм исключать из полученного ряда измерений.

3. СМОГ

V_Rmax (d₁) = 0,86

V_Rmin (d₁) = 1,15

V_Rmax (d₂) = 1,23

V_Rmin (d₂) = 1,23

По таблице значений Смирнова- Граббса, в зависимости от числа измерений, при n = 25, находим, что V_табл = 2,717. Ввиду того, что V_Rmax (d₁) < V_табл,

V_Rmin (d₁) < V_табл,

V_Rmax (d₂) < V_табл,

V_Rmin (d₂) < V_табл

нет оснований результат d_1max =28,8 мкм , d_1min= 25,0 мкм, d_2max = 18,8 мкм , d_2min= 13,75 мкм исключать из полученного ряда измерений.

4. Акрофил Т-145-Т

V_Rmax (d₁)= 1,74

V_Rmin (d₁) = 1,16

V_Rmax (d₂) = 2,14

V_Rmin (d₂) = 1,21

По таблице значений Смирнова- Граббса, в зависимости от числа измерений, при n = 25, находим, что V_табл = 2,717. Ввиду того, что

V_Rmax (d₁) < V_табл,

V_Rmin (d₁) < V_табл,

V_Rmax (d₂) < V_табл,

V_Rmin (d₂) < V_табл

нет оснований результат d_1max = 31,3 мкм , d_1min = 25 мкм, d_2max = 18,75 мкм , d_2min =15 мкм исключать из полученного ряда измерений.

5. Рудфил

V_Rmax (d₁)= 2,45

V_Rmin (d₁) = 1,49

V_Rmax (d₂) = 2,46

V_Rmin (d₂) = 1,33

По таблице значений Смирнова- Граббса, в зависимости от числа измерений, при n = 25, находим, что V_табл = 2,717. Ввиду того, что

V_Rmax (d₁)< V_табл,

V_Rmin (d₁) < V_табл,

V_Rmax (d₂) < V_табл,

V_Rmin (d₂)< V_табл

нет оснований результат d_1max = 34,3 мкм , d_1min = 25,0 мкм, d_2max = 20,0 мкм , d_2min = 15,0 мкм исключать из полученного ряда измерений.

6. БКТ

V_Rmax (d_{бикомпонентные}) = 2,34

V_Rmin (d_{бикомпонентные}) = 1,83

V_Rmax (d₁)= 2,47

V_Rmin (d₁) = 1,15

V_Rmax (d₂)= 1,1

V_Rmin (d₂)= 1,88

По таблице значений Смирнова- Граббса, в зависимости от числа измерений, при n = 25, находим, что V_табл = 2,717. Ввиду того, что

V_Rmax (d₁)< V_табл

V_Rmin (d₁) < V_табл,

V_Rmax (d₂)< V_табл,

V_Rmin (d₂)< V_табл,

V_Rmin (d_{бикомпонентные}) < V_табл,

V_Rmax (d_{бикомпонентные}) < V_табл

нет оснований результат d_1max = 35 мкм , d_1min = 26,25 мкм, d_2max = 22,5 мкм , d_2min = 16,25 мкм, d_{бикомпонентные max} = 30 мкм , d_{бикомпонентные min} = 22,5 мкм исключать из полученного ряда измерений.

7. СМОГ-Т

V_Rmax (d₁)= 2,49

V_Rmin (d₁) = 1,61

V_Rmax (d₂)= 2,13

V_Rmin (d₂)= 2,03

По таблице значений Смирнова- Граббса, в зависимости от числа измерений, при n = 25, находим, что V_табл = 2,717. Ввиду того, что

V_Rmax (d₁)< V_табл,

V_Rmin (d₁) < V_табл,

V_Rmax (d₂)< V_табл,

V_Rmin (d₂)< V_табл

нет оснований результат d_1max = 31,3 мкм , d_1min =23,8 мкм, d_2max = 18,8 мкм , d_2min = 12,5 мкм исключать из полученного ряда измерений.

8. Рунит

V_Rmax (d_ПАН) = 1,82

V_Rmin (d_ПАН) = 1,82

V_Rmax (d₁)= 1,73

V_Rmin (d₁) = 1,66

V_Rmax (d₂)= 1,38

V_Rmin (d₂)= 1,08

По таблице значений Смирнова- Граббса, в зависимости от числа измерений, при n = 25, находим, что V_табл = 2,717. Ввиду того, что

V_Rmax (d₁)< V_табл,

V_Rmin (d₁) < V_табл,

V_Rmax (d₂)< V_табл,

V_Rmin (d₂)< V_табл,

V_Rmin (d_ПАН) < V_табл,

V_Rmax (d_ПАН) < V_табл

нет оснований результат d_1max = 30 мкм , d_1min = 25 мкм, d_2max = 17,5 мкм , d_2min = 15 мкм, d_ПАНmax = 26,25 мкм , d_ПАНmin = 16,25 мкм исключать из полученного ряда измерений.

4.3 Описание внешнего вида волокон

Описание внешнего вида волокон приведено в Таблице 4.

Заключение

Проблема выбора фильтровального материала представляется достаточно сложной, так как состав фильтруемых газов очень разнообразен. Химические и физические параметры среды оказывают значительное влияние на процесс фильтрации. Очень большое значение имеет, например, температура и агрессивность среды.

Сегодня фильтровальный нетканый материал - это достаточно сложное техническое изделие, представляющее собой многослойную двухмерную конструкцию. В этой конструкции слои могут быть самого разнообразного происхождения и скрепляться разными способами.

Нетканые фильтровальные материалы разработки и производства НИИНМ по своим эксплуатационными характеристикам превосходят тканые фильтры и вполне способны конкурировать на рынке бывшего Союза с дорогостоящими импортными аналогами. Постоянное сотрудничество с партнерами и потребителями, представляющими различные отрасли промышленности, в области применения фильтрующих материалов также способствует продвижению отечественных НФМ на рынке. ^[6]

Продольный вид и поперечный срез были получены с помощью микроскопа Микромед-2 при увеличении в 100 и 400 раз. Диаметры волокон измерены с помощью окулярного и объективного микрометра. Образцы состоят из волокон разного диаметра, за исключением образцов № 1 и №2. Форма поперечного сечения волокон круглая, кроме волокон образца № 8. В состав образца №6 входят бикомпонентные волокна, которые имеют структуру ядро-оболочка и в некоторых волокнах ядро смещено в сторону от центра. Волокна характеризуются ровнотой по толщине, за исключением бикомпонентных волокон образца №6, они извитые с утолщениями. Диаметры волокон изменяются в диапазоне от 15,6 мкм (ПЭ волокно, образец №7) до 31,8 мкм (ПП волокно, образец № 2). Самый максимальный размах волокон R=11,5 мм (ПАН волокно, образен №8), минимальный размах волокон R=2,5 мм (ПАН волокно, образен №8). ПЭ волокна в образцах №3 и №4 равны между собой.

ПЭ волокна образца №5 и №7 равны между собой.

Список литературы

1. Нетканые материалы [Электронный ресурс]: Википедия - Свободная энциклопедия - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D1%82%D0%BA%D0%B0%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D1%8B

2. Фильтровальные материалы [Электронный ресурс]: Продукция - Московский завод МОНТЕМ нетканых материалов - Режим доступа : http://www.montem.ru/catalog_1290.html

3. Нетканых, искусственных и композицион. материалов [Электронный ресурс]: Защитный текстиль - Комплексная оценка и выбор материалов для очистки промышленных газов в агрессивных средах - Режим доступа: http://rustm.net/catalog/article/757.html

4. Материалы фильтровальные [ Электронный ресурс ]: НИИ нетканых материалов/ Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Нетканых Текстильных Материалов - База данных - Ражим доступа: http://www.niinm.ru/filters.html

5. Технический текстиль [Электронный ресурс]: Защитный текстиль - Номенклатура и области применения отечественных нетканых фильтрующих материалов - Режим доступа: http://rustm.net/catalog/article/729.html

Приложение

Рисунок 6 - поперечный срез волокон Арселон-С образца № 1 (увеличение х100)

Рисунок 7 - боковой вид волокон Арселон-С образца №1 (увеличение х)

Рисунок 8 - поперечный срез волокон ПЭ образца №2 (увеличение х400)



Рисунок 9 - боковой вид волокон ПЭ образца №2 (увеличение х100)

Рисунок 10 - поперечный срез волокон ПЭ образца №3 (увеличение х40)

Рисунок 11 - боковой вид волокон ПЭ образца №3 (увеличение х100)



Рисунок 12 - поперечный срез волокон ПЭ образца №4 (увеличение х400)

Рисунок 13 - боковой вид волокон ПЭ образца №4 (увеличение х400)

Рисунок 14 - поперечный срез волокон ПЭ образца №5 (увеличение х400)



Рисунок 15 - боковой вид волокон ПЭ образца №5 (увеличение х400)

Рисунок 16 - поперечный срез волокон ПЭ и бикомпонентных образца №6 (увеличение х400)

Рисунок 17 - боковой вид волокон ПЭ и бикомпонентных образца №6

(увеличение х100)



Рисунок 18 - поперечный срез волокон ПЭ образца №7 (увеличение х400)

Рисунок 19 - боковой вид волокон ПЭ образца №7 (увеличение х100)

Рисунок 20 - поперечный срез волокон ПЭ и ПАН образца №8 (увеличение х400)



Рисунок 21 - боковой вид волокон ПЭ и ПАН образца №

(увеличение х100)

Размещено на Allbest.ru

...