Зміна лінійних розмірів текстильних фільтрувальних матеріалів у процесі термостаріння

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміна лінійних розмірів текстильних фільтрувальних матеріалів у процесі термостаріння

Стабільність розмірів фільтрувальних матеріалів протягом всього терміну служби є важливим фактором для забезпечення надійної роботи рукавних фільтрів і продовження терміну їх експлуатації. Оскільки зміна лінійних розмірів матеріалу із синтетичних волокон залежить від режиму термофіксації, при виготовленні фільтрувальних рукавів використовуються стабільні термофіксовані волокна та матеріали, щоб не допустити їх зсідання та видовження при підвищених температурах. Для кожного матеріалу існує свій температурний поріг, вище якого відбуваються незворотні зміни у його структурі, що унеможливлює його подальше використання за призначенням [1]. Він, в основному, визначається теплостійкістю волокон, з яких виготовлений фільтрувальний матеріал. За теплостійкістю текстильні матеріали поділяють залежно від максимально допустимої температури, при якій можлива їх ефективна робота.

Метою роботи являлось дослідження зміни лінійних розмірів текстильних фільтрувальних матеріалів із термостійких волокон при термічному обробленні.

Для проведення дослідження використано фільтрувальні тканини (вар. 1, вар. 2, вар. 3, вар. 9 та вар. 10) та фільтрувальні неткані полотна (вар. 11, вар. 12, вар. 13, вар. 14 та вар. 15). Фільтрувальні поліефірні тканини (вар. 1, вар. 2 та вар. 3) виготовлялися за основою та утоком із поліефірної пряжі (волокно поліефірне нефарбоване 100%) лінійної густини 29 текс?2 із обробленням: вар. 1 - термічна стабілізація, вар. 2 - сурове.

Фільтрувальна тканина (вар. 9) виготовлялась за основою та утоком із арселонової термостійкої пряжі лінійної густини 29 текс?2 із обробленням - термічна стабілізація. Досліджувана тканина (вар. 10) - тканина із скловолокна, виготовлена із алюмоборосилікатного скла, із лінійною густиною 134 текс за основою та 66 текс?3 за утоком. Фільтрувальні неткані полотна (вар. 11 та вар. 12) виготовлялися із поліефірної пряжі (волокно поліефірне нефарбоване 100%) лінійної густини 0,44 текс і каркасу (тканина поліефірна полотняного переплетення із поверхневою густиною 95 г./м2 та лінійною густиною нитки 50 текс) із способом виготовлення: вар. 11 - одностадійний голкопробивний, вар. 12 - трьохстадійний голкопробивний. Фільтрувальні неткані полотна із термостійких волокон виготовлялися: вар. 13 - із арселонової термостійкої пряжі лінійної густини 0,44 текс і каркасу (тканина арселонова полотняного переплетення із поверхневою густиною 95 г./м2 та лінійною густиною нитки 50 текс) одностадійним голкопробивним способом виготовлення і нанесення політетрафторетиленового оброблення; вар. 14 - із волокна номексу лінійної густини 0,17 текс і 0,44 текс та каркасу (тканина із волокна номексу полотняного переплетення із поверхневою густиною 95 г./м2 та лінійною густиною нитки 50 текс) трьохстадійним голкопробивним способом виготовлення і нанесення політетрафторетиленового оброблення; вар. 15 - із суміші волокон номексу і кевлару лінійної густини 0,17 текс і 0,44 текс та каркасу (тканина із волокна номексу полотняного переплетення із поверхневою густиною 95 г./м2 та лінійною густиною нитки 50 текс) трьохстадійним голкопробивним способом виготовлення і нанесення політетрафторетиленового оброблення.

Для дослідження поведінки фільтрувальних текстильних матеріалів під впливом високих температур у лабораторних умовах їх витримували у сушильній шафі «Tojo Sejki» в повітряній атмосфері, в якій залежно від виду матеріалу встановлювалися відповідні температурні режими: для зразків із волокон поліефіру - 150єС, для зразків із термостійких волокон - 250єС. Досконалість методики полягала у збільшенні тривалості експерименту, максимально наближаючи до реальних умов експлуатації рукавних фільтрів. Фільтрувальні матеріали виймались через 1 год., 3 год., 6 год. та 12 год. для виміру зміни лінійних розмірів. Дослідження розпочинали не раніше ніж через 30 хвилин після виймання зразків із шафи.

Результати дослідження

Найбільші зміни лінійних розмірів фільтрувальних матеріалів спостерігаються у перші години термічного оброблення. При кожній наступній відбувається подальше зменшення розмірів матеріалу, але процес носить затухаючий характер. Величина лінійних розмірів залежить від факторів, які допомагають розвитку процесу релаксації і встановленню рівноваги ниток у структурі матеріалу. До них відносять хімічний склад волокна, співвідношення лінійного заповнення за основою і утоком, вид переплетення, щільність ниток у тканинах, способом виробництва нетканого матеріалу, зсіданням його каркасного матеріалу, процес оброблення, а також умовами експлуатації [2]. Результати досліджень представлені у табл. 1.

Таблиця 1. Зміна лінійних розмірів деяких досліджуваних фільтрувальних матеріалів при термічному обробленні

Аналізуючи отримані дані, можна відмітити, що термічне оброблення тканих фільтрувальних матеріалів викликає найбільшу зміну їх лінійних розмірів протягом всього процесу нагрівання, яка після 12 год. лежить у межах 1,5% - 4,5% за основою та 1,5% - 3,0% за утоком. Так як нитки основи у тканині натянуті і деформовані більше, ніж нитки утоку, то при нагріванні вони релаксують сильніше і при рівновазі всієї сітчатої структури тканини отримують додатковий згин, який призводить до зміни фази будови тканини і до більшої зміни лінійних розмірів за основою, ніж за утоком.

Таким чином, збільшення висоти згину ниток, яке виникає внаслідок релаксаційного процесу є основною і головною причиною зміни лінійних розмірів. У зв'язку з цим на зміну лінійних розмірів впливає вид переплетення фільтрувальної тканини. Встановлено, що чим більше зв'язків у структурі і згинів ниток, тим більша зміна лінійних розмірів. Так, досліджуваний поліефірний зразок вар. 3 характеризується переплетенням саржа 2/1 і більшою зміною лінійних розмірів - 3,7% за основою та 2,7% за утоком, ніж вар. 1 у якого переплетення саржа 2/2. Досліджено, що із збільшенням довжини перекриття зміна лінійних розмірів менша.

Так як зміна лінійних розмірів пов'язана в значній мірі із зміною згину ниток, тому велике значення має фаза будови, яка залежить від співвідношення лінійного заповнення за основою та утоком. Так, досліджуваний зразок вар. 9 характеризується найменшим співвідношеням 1,48 (лінійне заповнення за основою - 62,1%, за утоком - 41,9%) і найменшою зміною лінійних розмірів протягом всього процесу нагрівання, яка після 12 год. становить 1,5%.

Досліджено, що у процесі нагрівання зміна лінійних розмірів проходить нерівномірно. У початковий період, коли випаровується волога з поверхні тканини і макропор, зміна лінійних розмірів незначна, що спостерігається у досліджуваних тканинах після 1 год. та 3 год. нагрівання. Так, у арселоновій тканині вар. 9 зміна лінійних розмірів після 3 год. термічного оброблення зросла на 0,1% за основою, а за утоком залишилась стабільною. Досліджуваний вар. 9 характеризується збільшенням лінійних розмірів після 3 год. експерименту і стабільністю показників після нагрівання 6 год. та 12 год. і становить 1,5% за основою та утоком. Це пояснюється тим, що при видаленні капілярної вологи тканина зсідається більш інтенсивно. В результаті дії лапласівського тиску, який обумовлений кривизною поверхні менісків у капілярах, і сил поверхневого натягу волокна тканини стягуються, тобто спостерігається зміна тиску. В подальшому, коли видаляється адсорбційно-зв`язана вода, зміни розмірів майже не має, тому що при цій формі зв`язку вологи тканина досягає максимальної щільності. Фільтрувальні тканини у яких зміна лінійних розмірів за основою і утоком становить 1,5% і нижче рахуються безусадковими. Оскільки зміна лінійних розмірів матеріалу із синтетичних волокон залежить від режиму термофіксації, то правильне проведення цього процесу дає можливість виробляти практично безусадкові тканини [3].

Аналіз табл. 1 показує, що після проведеного термостаріння не має зміни лінійних розмірів у досліджуваній склотканині вар. 10. Така поведінка склотканини після термічного оброблення пояснюється тими змінами, які відбуваються у скляних волокнах при їх нагріванні. Скляні волокна, які ожолоджені при формуванні із великою швидкістю, в основному зберігають структуру розплаву. Вони мають менш щільне упакування молекул, яке притаманне рідкій скломасі. Це підтверджується тим, що щільність тонких волокон менша щільності скла у масі. При нагріванні волокна стискаються, а їх щільність зростає, що веде до стану рівноваги. Відсутність зміни лінійних розмірів у склотканині вар. 10 забазпечує достатній термін придатності при використанні її у якості рукавного фільтру.

На зміну лінійних розмірів фільтрувальних тканин впливає щільність матеріалу. Досліджено, що із підвищенням щільності зміна лінійних розмірів матеріалу зменшується, так як швидше наступає зближення волокон та ниток і його структура стає більш щільнішою. Найбільшу зміну лінійних розмірів протягом всього процесу нагрівання викликає термічне оброблення поліефірного зразка вар. 2, який після 12 год. становить 4,5% за основою та 3,0% за утоком при найменшій щільності (за основою - 326, за утоком - 159).

Зміни лінійних розмірів досліджуваних нетканих матеріалів спостерігаються у перші години термічного оброблення. При кожній наступній відбувається подальше зменшення розмірів матеріалу, але процес носить затухаючий характер. Термічне оброблення поліефірних матеріалів (вар. 11 та вар. 12) викликає найбільшу зміну їх лінійних розмірів протягом всього процесу нагрівання, яка після 12 год. становить 1% за довжиною та 0,8% за шириною.

Зі збільшенням поверхневої густини нетканих матеріалів менше змінюються його лінійні розміри в процесі термічного оброблення [4]. Так, у матеріалу із суиіші волокон номексу і кевлару (вар. 15) з найбільшою поверхневою густиною серед усіх досліджуваних матеріалів (550 г./м2) зміна лінійних розмірів за довжиною та шириною протягом всього часу термооброблення була незмінною - 0,6%. Це можна пояснити тим, що при високому значенні поверхневої густини нетканих матеріалів у процесі голкопроколювання волокна щільніше сплітаються, що створює всередині надлишкову напругу.

Найбільший вплив на величину лінійних розмірів фільтрувальних матеріалів мають процеси оброблення матеріалів. Досліджуваний поліефірний зразок вар. 2 із суровим обробленням характеризується найбільшою зміною лінійних розмірів і після 12 год. термостаріння вона становить 4,5% за основою і 3,0% за утоком. Це пояснюється тим, що велика деформація поліефірної пряжі за основою у ткацтві визиває значний ріст зміни лінійних розмірів як пряжі, так і волокон, тому сурова тканина сильно зсідається.

Досліджувані ткані зразки вар. 3 та вар. 9 і зразок-еталон вар. 1 піддавались термофіксації, яка зменшила зміну лінійних розмірів і привела до їх стабілізації після 6 год. та 12 год. нагрівання. Це пояснюється тим, що при термофіксації в процесі оброблення створюються умови для зняття натягу, який отриманий фільтрувальною тканиною у процесі ткацтва. Оскільки натяг фільтрувальної тканини при термофіксації, перешкоджає повній релаксації деформації сурової тканини, і внаслідок деформування та розпрямлення ниток (особливо основи) створюється додаткова можливість до наступної зміни лінійних розмірів готової тканини. Це спостерігається у цих досліджуваних зразках вар. 3 та вар. 9 після 1 год. та 3 год. внаслідок зношування під впливом високих температур, де відбувається зростання зміни лінійних розмірів цих готових матеріалів.

На досліджувані зразки вар. 10, вар. 13, вар. 14 та вар. 15 нанесене політетрафторетиленове оброблення, яке вирівняло показники зміни лінійних розмірів і зберегло їх протягом всього часу тривалості експерименту. Так, у склотканині вар. 10 не має зміни лінійних розмірів, а у досліджуваних нетканих матеріалах вар. 13, вар. 14 та вар. 15 після 3 год. термооброблення лінійні розміри не змінювалися в обох напрямках та становили 0,5% - 0,8%. Це свідчить про те, що політетрафторетиленове оброблення проникло всередину волокон і конденсувалось там з утворенням стійкої високомолекулярної сполуки, яка понизила набухання волокон, зменшила зсідання і стабілізувала зміну лінійних розмірів у цих матеріалах. Таким чином, зміна лінійних розмірів фільтрувальних матеріалів відіграє велику роль у збереженні форми рукавних фільтрів під час експлуатації. В умовах металургійного виробництва зсідання рукавних фільтрів є небажаним явищем, так як фільтрувальний матеріал зменшуючись в продольному, в поперечному напрямах або в обох одночасно, деформується під кутами до цих напрямів і порушується форма рукавів, що зменшує їх експлуатаційну надійність.

Висновки

1. Зміна лінійних розмірів фільтрувальних тканих матеріалів відбувається із-за зменшення довжини ниток і перебудови структури (зміна фази будови і зменшення відстані між нитками), які являються наслідком релаксаційного процесу. Релаксаційний процес обумовлений тепловими коливаннями, які викликають переміщення окремих ланок чи макромолекул. Після проведеного термостаріння найменша зміна лінійних розмірів спостерігається у арселоновій тканині вар. 9 і відсутня у склотканині вар. 10.

2. Зміна лінійних розмірів голкопробивних нетканих матеріалів в основному визначається видом і структурою волокна, будовою матеріалу, способом його виробництва, умовами експлуатації, а також зсіданням каркасного матеріалу. Найменшою зміною лінійних розмірів протягом всього процесу нагрівання характеризуються фільтрувальні неткані матеріали із термостійких волокон вар. 13, вар. 14 і вар. 15.

Література

фільтрувальний термостійкий тканина

1. Бурков В.В. Современные высокотемпературные текстильные материалы для пылегазоочистки / В.В. Бурков // Пылегазоочистка - 2009: междунар. конф., 29 - 30 сентября 2009 г.: сборник статей. - М., 2009. - С. 79 - 82.

2. Закономерности изменения свойств синтетических нитей при термическом старении / К.Е. Перепелкин, И.Ю. Моргоева, И.В. Андреева [и др.] // Химические волокна. - 2001. - №1. - С. 45 - 49.

3. Чекалов Л.В. Новые разработки рукавных фильтров / Л.В. Чекалов, Ю.И. Громов, В.В. Чекалов // Реконструкция предприятий металлургии: ІІ междунар. конф.: сборник статей. - М., 2006. - С. 51 - 52.

4. Гусев В.Е. Особенности процесса усадки армированного иглопробивного материала / В.Е. Гусев, А.П. Сергеенков // Текстильная промышленность. - 1980. - №11. - С. 34 - 36.

Размещено на Allbest.ru