Удосконалення методик визначення показників матеріалів, пов'язаних з поглинанням та передачею вологи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Мукачівський державний університет

Національний університет «Львівська політехніка»

УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДИК ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКІВ МАТЕРІАЛІВ, ПОВ'ЯЗАНИХ З ПОГЛИНАННЯМ ТА ПЕРЕДАЧЕЮ ВОЛОГИ

Фордзюн Ю.І., Полюжин П.І.,

Мищишин В.М.

Анотація

вологість матеріал висушування фізичний

В статті здійснено огляд існуючих методик визначення показників матеріалів, пов'язаних з поглинанням та передачею вологи. Аналіз існуючих методик визначення вологості матеріалів С з врахуванням фізичних процесів, що мають місце при висушуванні матеріалу . Враховано природу матеріалу, форми зв'язку вологи з матеріалом та запропоновано методологію визначення вологості з мінімальною похибкою, шляхом використання поправочного коефіцієнта(до сухого залишку)на основі диференціально-термічного аналізу.

Ключові слова: масова частка води, зв'язана волога, вільна волога, вологість, гігроскопічність, пароємність, вологовіддача, вологоємкість, водопоглинаємість, намокаємість, намокальність, змочуваність, водоємкість, капілярність, форми зв'язку вологи з матеріалом, фізико-хімічно зв'язана волога, фізико-механічно зв'язана волога.

Існують різноманітні методи визначення вологості матеріалів, які можна розділити на прямі та непрямі [1]. При прямих методах проводять безпосереднє випаровування вологи з матеріалу; при непрямих - використовують залежність тих чи інших властивостей матеріалу від його вологості.

До прямих методів відносяться теплові (прийняті як стандартні), дистиляційні та екстракційні. Теплові методи засновані на висушуванні проб матеріалів до постійної маси, що умовно рахується рівноцінним повному видаленню вологи. Висушування, частіше всього, ведуть у кондиційних апаратах, сушильних шафах при температурі 105 °С, що закономірно дещо вище температури кипіння води, при перетворенні її в пар [2].

При дистиляційних методах проби матеріалів підігрівають у закритій посудині, яка утримує визначену кількість незмішувальної з водою рідини (толуол і інше), до температури кипіння цієї рідини. Воду, що випаровується при кип'ятінні, конденсують, зберігають і зважують.

Екстракційний методи заснований на вилученні вологи з проб вологоплинаючою рідиною (ацетон і інше) з наступним розшаруванням отриманого екстракту. Дистиляційний і екстракційний методи визначення вологості матеріалів застосовуються рідко [3]. Суттєвим недоліком прямих методів визначення вологості матеріалів є велика втрата часу на випробування та необхідність використання спеціального обладнання.

Непрямі методи визначення вологості матеріалів засновані на вимірюванні фізичної величини, функціонально зв'язаної з вологістю матеріалів. До цих методів відносяться: кондуктометричний, ємкісний, метод ядерного магнітного резонансу, метод вимірювання інтенсивності відбитого інфрачервоного випромінювання [2].

Кондуктометричннй метод заснований на вимірюванні електричного опору матеріалу в залежності від вологи матеріалу. Ємкісний метод заснований на вимірюванні діелектричних властивостей матеріалу в залежності від вмісту вологи. Метод ядерного магнітного резонансу заснований на поглинанні енергії високочастотного магнітного поля ядрами водню води. Метод вимірювання інтенсивності відбитого інфрачервоного випромінювання заснований на використанні здатності вологи поглинати інфрачервоні проміні [2].

Кожен з методів характеризується своєю похибкою дослідження, яка обумовлена природою відповідного фізичного процесу, що використовується в основі відповідного методу.

Обєкти і методи досліджень :

Найбільш доступним та розповсюдженим методом визначення вологості є непрямий метод визначення масової частки вологи за сухим залишком. Існує багато модифікацій цього метода, які відрізняються один від одного тривалістю і температурою нагріву наважки цілого або подрібненого зразка, а також ступенем його подрібнення, тому розрізняють наступні випадки:

- продукт з високим вмістом вологи перед висушуванням підлягає попередній підсушці;

- продукти, що містять речовини, що швидко розкладаються при t > 100 °С, сушать при зниженому тиску, що дає змогу знизити температуру;

- для деяких в'язких матеріалів висушування затрудняється внаслідок утворення на поверхні матеріалу твердої шкірочки. Для прискорення сушки в цих випадках застосовують наповнювачі, при змішуванні з якими в'язкі продукти стають рихлими.

Всі ці методи мають недоліки через складні явища, що відбуваються у досліджуваному об'єкті при сушці. Зокрема, крім висушування, в деяких матеріалах відбуваються процеси розпаду органічних речовин, окислювальні, структуроутворення, гідролітичні процеси, тому маса сухого залишку буде неточною.

Тому, об'єктом дослідження - є фактичний вміст вологи в матеріалі взятого для досліджень при відповідних умовах зовнішнього середовища. Метою роботи є вивчення впливу вологи на показники, які відображають поведінку матеріалу пов'язану з поглинанням та передачею вологи, зокрема при переміщені вологи в матеріалі - висушуванні, чи навпаки - намочуванні.

Постановка задачі

Процес сушки залежить від стану вологи в досліджуваному матеріалі: вільна чи зв'язана волога (хімічно, фізико-хімічно, механічно'). Різні види зв'язку води в матеріалах зумовлюють різні механізми перерозподілу вологи і, відповідно, вилучення її при висушуванні. Це важливо для визначення та оцінки гігієнічних властивостей матеріалів, пов' язаних з поглинанням та передачею вологи. Розрізняють наступні показники: вологість (масова частка води), гігроскопічність, вологовіддача, вологоємкість, водопоглинаємість, намокаємість (намокальність), змочуваність, водоємкість, капілярність тощо... [3]. Ці показники мають велике пізнавальне значення для оцінки властивостей відповідного матеріалу. Правильність визначення відповідних показників представляє як теоретичний інтерес з методологічної точки зору, так і практичний інтерес.

Результати та їх обговорення

В залежності від пористості матеріалу по-різному змінюється вологість матеріалу при його висушуванні (табл.1.). Хімічно зв'язана вода утворює хімічні сполуки у вигляді кристалогідратів, а тому є найбільш стійкою. Фізико-хімічно зв'язана- це адсорбційна, осматична та структурна волога.

Адсорбційна - утримується силовим полем на зовнішній і внутрішній поверхні міцел колоїдного тіла. Колоїди володіють високою дисперсністю і адсорбують воду. Осматична - зв'язується колоїдами з високою полімерною будовою і також міцно ними утримується. Осмотична волога переміщується в середині продукту в вигляді рідини - в середині клітин.

Таблиця.1. Форми зв'язку вологи з матеріалом

Механічна вода (фізико-хімічна форма) - зв'язана з макро -- та мікрокапілярами - це різновид вільної води.

Тому показники, які характеризують поведінку матеріалів, пов'язану з поглинанням та передачею вологи матеріалами: вологість, вологоємкість, гігроскопічність, вологовіддача, вологоємкість, водопоглинаємість, намокаємість (намокальність),

змочуваність, водоємкість, капілярність, можна розглядати в контексті відповідної форми зв'язку вологи з матеріалом (таблиця.2.), що визначаються в рівноважних умовах.

Таблиця 2. Систематизація гігієнічних показників за формою зв'язку вологи з матеріалом

Фізико - хімічна форма зв'язку вологи з матеріалом пов'язана з вільною вологою в матеріалі, визначення її утруднене, так як волога з однієї форми може переходити в іншу (таблиця 1). Визначення масової частки вологи при цьому проводиться методом висушування до постійної маси.

Бюкси висушують при , наважка становить (похибка 0,0002 г), а висушування здійснюється до постійної маси (два послідовних зважування з похибкою ~0,001 г [4]. За кінцевий результат беруть середнє арифметичне паралельних досліджень (різниця між паралельними дослідженнями не більше 1%). Період сушки 5-7 годин.

Масову частку вологи визначають за формулою: W (%)

m- маса зразка продукту до висушування;

mi - маса зразка після висушування.

Слід зауважити, що маса зразка після висушування відображає вільну вологу в матеріалі, однак не зв'язану. Зв'язана волога може приймати участь в волого-обмінних процесах. Її можна визначити з допомогою диференціально-термічного аналізу [5] на дериватографі системи Паулик-Ердеї. Установка працює автоматично, запис температурних кривих і втрата маси здійснюється фотосамописцем. Рівномірність нагріву печі забезпечується програмним управлінням, яке можна встановлювати на швидкість 0,5-20°С / хв. Максимальна температура печі складає 1050 ° С. Прилад здатен проводити запис кривих нагрівання і зміни маси, як в атмосферних умовах так і з використанням інертного газу. Калібрування по температурі можна здійчнювати при температурах: 150, 300, 600, 900 і 1200 °С.

Такий підхід дозволить визначити втрати маси досліджуваного зразка при температурі 150°С та при температурі деструкції досліджуваного матеріалу. Перерахунок маси може бути здійснений з допомогою поправочного коефіцієнту.

Висновки

Література

1. ГОСТ 3618. Методы определения гигроскопических и водоотталкивающих свойств, 1982.

2. ГОСТ 938.17. Метод определения паропроницаэмости, 1970.

3. Зурабян К. М. Материаловедение изделий из кожи : учебник [для вузов] / К. М. Зурабян, Б. Я. Краснов, М. М. Бернштейн. - М. : Легпромбытиздат, 1988. - 416 с.

4. Рибальченко В.В. Матеріалознавство виробів легкої промисловості: Підручник /

5. В.В.Рибальченко, В.П.Коновал, М.Є. Хомяк, Г.І. Шевченко. - К.: КНУТД. 2008. - 320 с.

6. Дериватограф системы. Ф. Паулик, Й. Паулик, Л. Эрдеи. Венгерский оптическийзавод, Будапешт, 1974, C. 140 /Практическое руководство/.

Размещено на Allbest.ru