Разработка технологии и конструкций аппаратов для модификации полимеров в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат наук Сулейманов, Дамир Фанилевич

• Сулейманов, Дамир Фанилевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Сулейманов, Дамир Фанилевич

Содержание

Основные обозначения

Введение

1 Литературный обзор

1.1 Способы модификации полимерных материалов

1.1.1 Химическое модифицирование

1.1.2 Плазмохимическая модификация

1.1.3 Обработка полимеров ультразвуковым излучением

1.1.4 Виброобработка

1.1.5 Взаимодействие полимеров с электромагнитным полем

1.2 Классификация технологических процессов и СВЧ установок

1.3 Взаимодействие микроволнового излучения с диэлектриками

1.4 Характеристика исследуемых полимерных материалов

1.4.1 Поливинилхлорид

1.4.2 Полиэтилен высокого давления

1.4.3 Полиэтилентерефталат

1.4.4 Полипропилен

2 Экспериментальная часть

2.1 Определение поглотительной способности электромагнитного поля полимерными материалами

2.2 Исследование механических свойств полимерных материалов

2.3 Термостабильность поливинилхлорида

2.4 Дифференциально-сканирующая калориметрия

2.5 Исследование водопоглощения

2.6 Определение удельного объемного электрического сопротивления ПВХ пленки

3 Обработка и интерпретация экспериментальных данных 61 3.1 Определение степени взаимодействия между полимером и

электромагнитным полем сверхвысокочастотного диапазона

3.2 Прочностные свойства модифицированного поливинилхлорида

3.3 Время выделения хлорводорода в зависимости от энергии электромагнитного поля

3.4 Анализ экспериментальных данных полученных методом ДСК

3.5 Определение температуры поверхности трубопровода

3.6 Изменение водопоглощения модифицированного материала по сравнению с эталонными образцами

3.7 Воздействие на объемное электрическое сопротивление материала микроволнового излучения

4 Разработка конструкции и методики расчета геометрических

размеров мобильной модифицирующей СВЧ - установки

Выводы

Список использованных источников

Приложения

Основные обозначения СВЧ - Сверхвысокочастотный; tg 5 - тангенс угла диэлектрических потерь; Б - вектор электрического смещения; Е - напряженность электрического поля; кэ - диэлектрическая восприимчивость среды; Ри - величина индуцированного дипольного момента; г0 - электрическая постоянная;

£а - действительная часть абсолютной диэлектрической

проницаемости среды е - относительная диэлектрическая проницаемость; у - удельная проводимость среды; г)ф - фазовая скорость плоской волны; к - длина волны; Р - коэффициент фазы;

а - коэффициент затухания электромагнитной волны; Ст - амплитуда любой составляющей электромагнитной волны; г расстояние до точки наблюдения из начала сферической

системы координат; 0 - угловая координата сферической системы координат; со - круговая частота волнового процесса; 8 - глубина проникновения электромагнитного излучения; р.а - действительная часть абсолютной магнитной проницаемости среды;

о - удельная проводимость среды;

5е - тангенс угла диэлектрических потерь; tg 8М - тангенс угла магнитных потерь;

е" - мнимая часть относительной диэлектрической проницаемости вещества;

ц" - мнимая часть относительной магнитной проницаемости вещества;

я -Мпах — амплитуда напряженности электрического поля;

Л — доля поглощенного излучения;

ь — поляризуемость молекулы;

п — концентрация молекул

— действительная разрывная нагрузка;

РР — растягивающая нагрузка в момент разрыва;

Ар — поперечное сечение образца в момент разрыва;

ьР — ширина образца в момент разрыва;

<*Р — толщина образца в момент разрыва;

Р — мощность излучения;

X — время облучения;

ш — масса образца;

Тр — время релаксации;

ш *ууд — удельная энергия облучения;

р гуд — оптимальная удельная мощность;

?э — время экспозиции;

в — производительность;

р — плотность материла;

а — толщина пленки

ь — ширина пленки

Оа — диаметр антенны;

ан — угол наклона антенны к модифицируемому материалу;

к — коэффициент параболы;

нв — высота выступа валка;

Пв — количество выступов валка;

— наружный диаметр барабана валка.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии и конструкций аппаратов для модификации полимеров в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона»

Введение

Анализ причин аварий на трубопроводах, зафиксированных в актах технического расследования, свидетельствует о превалирующем влиянии процессов коррозии, составляющих до 30% от общего числа аварий [1]. Разрушение конструкций из-за коррозионной деструкции под влиянием силовых нагрузок составляет более половины общего числа отказов. Выход из строя трубопроводной системы в процессе эксплуатации может привести к большому материальному ущербу, загрязнению окружающей среды, так как зона распространения разрушения может простираться на значительные расстояния от нескольких сот метров до нескольких километров. Одной из основных задач по повышению надежности и повышению коррозионной стойкости трубопроводных систем является увеличение срока службы изоляционных полимерных покрытий за счет улучшения их физико-химических свойств. Для этих целей, в частности, применяется химическая модификация с добавлением стабилизаторов и пластификаторов, производство которых достаточно сложный, многостадийный процесс, оказывающий отрицательное техногенное влияние на окружающую среду.

В настоящее время получают все большее распространение методы воздействия на технологические среды, в частности полимеры, излучением в широком диапазоне частот от ультразвукового 20 кГц до электромагнитного излучения 2,4ГГц. Активно развиваются такие области исследований как микроволновая, акустическая химия, химия ударных волн. В последние годы опубликовано большое количество статей об успешном применении нетеплового сверхвысокочастотного электромагнитного излучения для: модификации поликапроамида с целью улучшения физико-механических свойств смешанной ткани на его основе; улучшения свойств эпоксидного компаунда в процессе отверждения; изменения технологических свойств смазочно-охлаждающих технологических жидкостей с целью повышения качества обрабатываемой поверхности в процессе шлифования с применением

данного типа жидкостей. [2,3] Одним из наиболее актуальных путей решения проблемы увеличения срока службы изоляционных покрытий может быть переход на новые технологии, использующие физические явления, в частности, сверхвысокочастотные (СВЧ) электромагнитные поля.

Сверхвысокочастотная термообработка обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами. Так, отсутствие традиционного теплоносителя (перегретый пар, газ и др.) обеспечивает стерильность процесса и безынерционность регулирования нагрева. Изменяя частоту излучения, можно добиться нагрева различных компонентов объекта. Ожидается, что с развитием направления исследований по взаимодействию электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона с технологическими средами и совершенствование аппаратурного оформление позволят разрабатывать экономически эффективные технологии.

Современное состояние применения СВЧ установок нетеплового (ДТ«Т, АТ - повышение температуры обрабатываемого вещества, Т - начальная температура) модифицирующего воздействия в технологических процессах аналогична внедрению в технологические процессы СВЧ установок использующие термическое воздействие на вещества. В настоящее время интенсивно исследуются возможности применения СВЧ установок диэлектрического нагрева и разрабатываются методы расчета параметров такой аппаратуры. Первоначально эти методы были основаны на эмпирических параметрах, но практика применения микроволновых установок позволило уточнить требования к этим установкам и методы их расчета.

Цель работы

Цель работы заключается в определении технологических параметров (время обработки, мощность излучения и др.) и разработке конструкций аппаратов для модификации физико-механических свойств полимерных изоляционных материалов в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона.

Для решения поставленной задачи необходимо:

- провести исследования взаимодействия электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона с полимерами;

- определить изменения физико-механических свойств полимерных материалов в зависимости от величины излученной энергии электромагнитного поля;

- разработать конструкции электродинамических установок (стационарных и мобильных) для модификации полимерных материалов в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона и метод расчета связывающий конструктивные параметры установок и характеристики электромагнитного излучения с электрофизическими свойствами полимеров.

Научная новизна

1 Экспериментальными исследованиями взаимодействия электромагнитного излучения с полимерами установлено, что наибольшей степенью изменения их физико-химических свойств обладают полимеры с высокой степенью поляризуемости, глубина проникновения излучения в которые сравнима с длиной волны. В частности, для поливинилхлорида глубина проникновения ~10 см, длина волны излучения ~12,2 см.

2 Установлено, что изменение механической прочности и водопоглощение определяются дозой облучения, которая для поливинилхлорида составляет 200-250 кДж/кг (частота 2,4 ГГц), при этом механическая прочность возрастает до двух раз, а водопоглощение снижается в три раза.

3 Определено, что при максимальной величине механической прочности и минимальном водопоглощении удельное электрическое сопротивление имеет максимальное значение, что подтверждает уменьшение радикалов в структуре полимера.

4 Разработан метод расчета электродинамических установок для модификации полимеров в сверхвысокочастотном поле, основанный на полученных математических зависимостях, связывающих конструктивные параметры и технологические характеристики с глубиной проникновения электромагнитного излучения в полимер.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на международной конференции «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Казань, 2009); международной крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (Севастополь, 2010); всероссийской научно-техническая конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, 2009); всероссийская конференция с элементами научной школы «Проведение научных исследований в области синтеза, свойств и переработки высокомолекулярных соединений, а также воздействия физических полей на протекание химических реакций» (Казань, 2010 г.)

Основное содержание диссертации отражено в 12 публикациях, в том числе 6 работ опубликованы в ведущих изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ, 2 патента РФ.

Работа выполнена на кафедре «Оборудование нефтехимических заводов» ФГБОУ ВПО Уфимского государственного нефтяного университета.

1 Литературный обзор

1.1 Способы модификации полимерных материалов

Исследование полимерных материалов с целью получения новых типов является одним из приоритетных направлений науки и техники, так как обеспечивает технический прогресс в различных отраслях производства. Не меньший интерес представляет поиск путей модификации традиционных материалов.

Необходимость в альтернативных технологиях модификации полимеров связана с многостадийностью традиционных процессов, высокими затратами трудовых и энергетических ресурсов, напряженностью производства в экологическом аспекте.

Различают следующие способы модифицирования свойств полимеров:

1) структурное модифицирование эксплутационных свойств без изменения химического состава полимера и его молекулярной массы, т.е. изменения происходят в надмолекулярной структуре;

2) введение в полимер иных веществ, которые способны вступать в реакции взаимодействия с ним, в том числе и высокомолекулярных;

3) химическое - воздействие на полимер различными реагентами, при реакции с которыми происходит изменение химического состава, молекулярной массы, а также, в случае добавления на стадии синтеза, химического или физического агентов, может происходить сополимеризация или сополиконденсацию [3].

Приведенную классификацию можно считать условной, т.к. многие типы модифицирования полимеров взаимосвязаны, например, химическое воздействие на полимеры часто приводит к существенным изменениям структуры полимера.

Структурное модифицирование полимеров обычно проводят в процессе их переработки изменением технологических параметров при изготовлении

изделия, например, регулированием температуры, продолжительности процесса, режимов нагревания и охлаждения, а также добавлением в полимер небольшого количества реагентов, воздействующих на кинетику образования макромолекул. В основе структурного модифицирования лежит взаимосвязь морфологии структурных форм с условиями формирования полимерного тела.

Рассмотрим широко известные методы модификации полимерных материалов.

1.1.1 Химическое модифицирование

Химическое модифицирование полимеров включает:

1) реакции, протекающие без изменения степени полимеризации макромолекул, полимераналогичные превращения и внутримолекулярные реакции;

2) реакции, сопровождающиеся увеличением степени полимеризации;

3) реакции, сопровождающиеся уменьшением степени полимеризации.

В результате внутримолекулярных реакций, протекающих с участием функциональных групп или атомов, находящихся в одной и той же макромолекуле, образуются сопряженные двойные связи, и как следствие полимеры приобретают значительную термостойкость, т.к. образуются внутримолекулярные циклы.[4]

К увеличению степени полимеризации можно отнести реакции, сопровождающиеся образованием привитых и блок-сополимеров, а также реакции между макромолекулами. Второй тип взаимодействия обусловлен реакциями непосредственно между двумя или несколькими макромолекулами или с добавлением низкомолекулярного реагента. Примеры подобных реакций: вулканизация каучуков, отверждение пластмасс, продуктов взаимодействие противоположно заряженных полимеров, например поликислоты с полиоснованием и т.д. [5]

При введении в состав полимера на стадии синтеза небольшого количества другого вещества, отличающегося по своей химической природе,

может произойти существенное изменение свойств полимерного материала. В качестве подобных агентов используют ненасыщенные производные красителей, стабилизаторов, мономеры, имеющие в своем составе пероксидную или гидропероксидную группу и т.п. При использовании этого метода предотвращается выделение отдельных компонентов на поверхность полимеров при их переработке и эксплуатации. Кроме того, при этом наблюдается одностадийность получения полимерных материалов, в которых все компоненты, связаны с их макромолекулами прочными ковалентными связями, даже при условии плохой совместимости с полимером. [6]

К химической модификации полимеров можно отнести обработку поверхности готового полимерного изделия с целью сохранения всего комплекса физическо-механических свойств первоначального полимерного материала и придания ей требуемых свойств. В качестве модифицирующих веществ могут применяться как биологически активные, так и ненасыщенные мономеры, прививаемые на поверхность полимера. Благодаря этому, возможно, улучшить поверхностную гидрофобность полимерного материала, его способность к окрашиванию, устойчивость к ультрафиолетовому излучению, а также другие свойства, определяющие возможность применения готовых изделий в условиях агрессивного воздействия окружающей среды.

1.1.2 Плазмохимическая модификация

Применение плазмохимических методов позволяет обойтись без использования кислот, щелочей, щелочноземельных металлов и их соединений, а также других экологически небезопасных элементов, которые применяются в процессах химической модификации.

В процессах модификации полимеров данным методом используется низкотемпературная плазма с рабочей температурой порядка 2700 °С.[7]

К настоящему времени имеется большой опыт по исследованию плазмохимической модификации, в основном, изменением поверхностных свойств, а также структуры композиционных материалов. При этом,

конкретные представления о механизме этого процесса отсутствуют, т.к. оба объекта, принимающих участие в процессе, представляют собой довольно сложную систему, а имеются лишь в самом общем виде и являются больше гипотетическими.

При плазмохимической модификации возможно наличие ряда физико-химических реакций, природа которых зависит от состава и структуры обрабатываемого полимера.

Во-первых, это травление поверхности, с образованием летучих продуктов деструкции, приводящее к уменьшению массы полимера. Данный процесс широко применяется для очистки поверхности полимерных слоев, а также глубокого травления с применением маски с целью получить необходимую конфигурацию.

Во-вторых, это взаимодействие поверхностного слоя полимеров с кислородом в плазме воздуха, приводящее к уменьшению гидрофобности за счет образования полярных кислородсодержащих групп, ввиду изменения поверхностных энергетических свойств полимера. Возникновение полярных групп возможно за счет разрыва связей в структуре полимера, кроме этого, при включении групп или атомов из газовой фазы плазмы в структуру полимера образовываются полярные группы. При разряде в атмосфере инертных газов и воздуха может происходить сшивание поверхностного слоя полимерных материалов с изменением его диффузионных характеристик.[8]

Первоначально в структуре полимера, подвергающегося плазмохимической модификации в плазме происходит образование свободных радикалов при разрыве химических связей, которые затем претерпевают химические (например, реакции с кислородом воздуха) и рекомбинационные превращения, к которым относятся сшивание и деструкция, образование полярных групп и ненасыщенных связей. Наличие окислительных процессов объясняется тем, что, на стадии исследований образцы выносят на воздух, а готовые модифицированные изделия применяют и хранятся в условиях атмосферы. [9]

Применением процесса плазменной модификации можно изменить поверхностные свойства материала-подложки. Прививку тонких слоев полимерного материала проводят не только непосредственно в плазме, но и возможно применять данный метод для предварительной активации поверхности, после чего используются традиционные способы полимеризации, к примеру, в растворе. [10]

При всем многообразии достоинств плазмохимической модификации полимерных композиций у данного метода имеется ряд недостатков, а именно то, что изменениям подвергается только обрабатываемая поверхность материала и очень тонкий приповерхностный слой, составляющий несколько сотен микрон. При этом вся толщина полимерного материала не модифицируется, сохраняя механические, физико-химические, электрофизические и другие эксплутационные свойства материала, что не всегда обеспечивает получения продуктов с требуемыми потребительскими характеристиками.

1.1.3 Обработка полимеров ультразвуковым излучением

Применение воздействия на полимерный материал колебаний ультразвуковой частоты позволяет проводить процессы модификации на различных стадиях получения и переработки. К ним можно отнести обработку мономеров при синтезе, обработку готовой композиции, на стадии изготовления из полимера продукта, в том числе и при вторичной переработке полимерных отходов. [11]

Под действием ультразвуковых волн в растворах двух или нескольких полимеров, с соответствующими свойствами, могут образовываться свободные макрорадикалы растворенных полимеров с последующей их перегруппировкой в макромолекулы сополимеров.

Образование блок- и привитых сополимеров не происходит, если воздействие на полимер происходит в присутствии веществ, способных нейтрализовать промежуточные макрорадикалы, образовывающиеся в процессе

ультразвуковой обработки, а также снижается скорость их образования, если один из компонентов системы обладает относительно низкой степенью полимеризации. [12]

При помощи воздействия волнами ультразвуковой частоты на расплав полимера происходит изменение его физико-механических свойств, обусловленных протеканием деструктивных процессов в структуре материала со снижением прочности и относительного удлинения при разрыве. При добавлении кремнийорганического реагента в полимер даже в небольших количествах (1-2%) и обработке расплава ультразвуковыми колебаниями происходит увеличение физико-механических свойств материала.

1.1.4 Виброобработка

Применение виброобработки позволяет использовать различные физические эффекты, которые возникают под действием вибрации. Так, снижение внешнего трения материала при виброобработке позволяет ускорить транспортировку сыпучих и вязких продуктов и интенсифицировать их переработку. Кроме этого, при воздействии вибрации на обрабатываемый материал наблюдаются диссипативные тепловыделения и создание определенных форм относительного движения фаз. [13]

Благодаря рассеиванию теплоты, образующейся под воздействие вибрации, наблюдается выравнивание температурных полей при обработке полимерных материалов в технологических зонах экструдеров. При соответствующих видах движения одной фазы относительно другой в некоторых случаях наблюдается направленное перемешивание частиц дисперсных систем, повышается насыпная плотность и обеспечивается возможность регулярной укладки частиц материала и т.д. [14].

В других случаях из-за лучшего дробления дисперсной фазы увеличивается контактная поверхность фаз и ускоряется перемешивание материалов и при соударении частиц между собой материал разрыхляется, а затем наблюдается процесс виброкипения. В ряде случаев различные процессы

модификации с применением вибрации можно ускорить и повысить их эффективность при использовании поверхностно-активных веществ.

При виброобработки происходит разрушение и изменение структурных связей в полимерах, находящихся в вязкотекучем состоянии. При этом улучшаются условия механической релаксации (тиксотропное снижение вязкости и упругости), но наблюдается механическая деструкция макромолекул, обусловленная уменьшением молекулярной массы. В результате чего процесс виброформования позволяет снизить рабочее давление и количество энергоресурсов, сократить время переработки полимеров и повысить качество изделий. [15]

При наложении низкочастотных колебаний на стационарную деформацию сдвига возникает эффект реологической нелинейности, характеризующийся увеличением скорости течения полимерного материала, что также способствует улучшению технологических параметров.

1.1.5 Взаимодействие полимеров с электромагнитным полем

Для обработки полимерных материалов с целью улучшения качества готовой продукции находят применение различные физические явления, а именно, электромагнитные поля. [16]

Так, в процессе отверждения компаундов используют ультрафиолетовое, инфракрасное, гамма-, рентгеновское излучение [17]. Однако, ультрафиолетовое, инфракрасное излучения имеют длину волны 10-К380 нм и 0,74+2000 мкм соответственно. Это означает, что данный диапазон излучений имеет глубину проникновения в материал, сравнимую с длиной волны, а остальная доступная энергия будет рассеиваться в виде теплоты. Гамма-излучение имеет высокую радиационную опасность, а рентгеновское излучение требует больших капитальных затрат. [18]

Наряду с вышеприведенными способами воздействия на технологические среды в химической промышленности с целью интенсификации физико-химических процессов, создания энергосберегающих технологий и повышения

эффективности производства находит применение электромагнитное излучение сверхвысоких частот, как для непосредственной интенсификации химических превращений, так и для сопутствующих физико-химических процессов.

Сверхвысокочастотное или микроволновое излучение имеет длину волн от 1 мм до 1 м и соответствует частоте от 300 МГц до 300 ГГц. Для обработки материалов сверхвысокочастотным полем используются следующие частоты: 433 МГц, 915 МГц, 2,45 ГГц и 12ГГц. Выбор этих частот обусловлен тем, что они находятся в диапазоне, предназначенном для промышленного, научного и медицинского применения и глубина проникновения в материал больше при этих частотах [19]. Наибольшее распространение получили сверхвысокочастотные установки, генерирующие излучение на частоте 2450 МГц при длине волны 12,2 см. [20]

Сущность методов воздействия микроволновым излучением заключается в том, что при поглощении электромагнитного излучения СВЧ диапазона веществом происходит объемное воздействие на него, вследствие взаимодействия молекул вещества с электромагнитным полем. Такой способ обработки имеет ряд преимуществ:

- происходит интенсификация процесса за счет высокого темпа воздействия и однородности температурного поля;

- отсутствуют сторонние теплоносители, это обеспечивает беспримесность получаемого продукта, что является обязательным условием для различных химических процессов, а также сокращает затраты времени на подготовку теплоносителя;

- малая инерционность процесса, изменение мощности электромагнитного излучения сразу же приводит к изменению плотности объемных источников энергии и, как следствие, изменению температурного поля объекта в СВЧ поле, что позволяет создавать оптимальные условия протекания процесса и системы управления процессом.

В настоящее время во многих странах (России, США, Великобритании, Франции, Японии) существуют химические лаборатории, полностью или

частично ориентированные на исследования в этой области химии и на создание специальных СВЧ установок для проведения конкретных химических процессов.

1.2 Классификация технологических процессов и СВЧ установок

На рисунке 1.1 приведена классификация установок для воздействия на различные материалы микроволновым излучением. В качестве определяющих признаков приняты мощность, исполнение, способ действия и технологическое назначение сверхвысокочастотной установки [21].

Рисунок 1.1- Классификация микроволновых установок для термообработки объектов

Однако каким бы не было назначение установки СВЧ нагрева, она всегда имеет структурную схему, приведенную на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Структурная схема установки СВЧ нагрева [22]

Наибольший интерес представляют рабочие камеры, поскольку именно в них происходит технологический процесс. При классификации камер наиболее целесообразным представляется применить в качестве определяющего признака их габаритные размеры (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Классификация камер СВЧ [22].

Камеры с неограниченным объемом в общем случае представляют собой открытое пространство, в котором антенна мощного генератора облучает обрабатываемый объект (рисунок 1.4 а). Необходимость таких устройств может

возникнуть при обработке объектов, имеющих значительные линейные размеры.

Камеры с ограниченным объемом отличаются от камер с неограниченным объемом наличием металлических стенок, ограничивающих объем (рисунок 1.4 б). Если объект имеет значительные габаритные размеры, то в камерах первого класса возможно механическое или электрическое сканирование по азимуту или, если необходимо, и по углу места.

б 2

а - с неограниченным объемом; б - с ограниченным объемом; в - со стоячей волной; г - с бегущей волной

Рисунок 1.4 - Камеры термообработки объектов

Камеры со стоячей волной представляют собой объемные резонаторы или коротко замкнутые отрезки линии передачи с помещенными в них объектами, работающие в режиме близком к режиму стоячей волны. На рисунке 1.4в приведен типичный пример такой камеры, представляющий собой прямоугольный многомодовый резонатор, используемый обычно в сверхвысокочастотных печах для пищевой промышленности. Камеры со стоячей волной исторически получили наибольшее распространение, т.к. позволяют обрабатывать диэлектрические изделия произвольной формы с различными параметрами.

Однако у данного устройства имеется недостаток, определяемый наличием в нем стоячей волны, приводящей к неравномерности нагрева обрабатываемого материала.

Камеры со стоячей волной могут быть изготовлены с применением прямоугольного, круглого, коаксиального и открытого резонаторов.

Камеры с бегущей волной выгодно отличаются от камер со стоячей волной, т.к. позволяет добиться лучшего согласования, что приводит к получению большего КПД и равномерности нагрева. Простейшая схема такой камеры приведена на рис 1.4 г

Камеры с бегущей волной могут быть реализованы с использованием прямоугольного, круглого, коаксиального, полоскового волноводов и замедляющих систем.

К установкам и камерам микроволнового нагрева должны предъявляться определенные требования. Так, установка нагрева должна обеспечивать требуемый технологический режим обработки, надежную работу генератора, безопасность обслуживающего персонала и защиту окружающей среды от сверхвысокочастотных излучений, а также являться экономически выгодной.

Режимы обработки материалов в различных технологических процессах могут отличаться, но, как правило, требуется равномерный нагрев по всему объему изделия с необходимой скоростью нарастания температуры (темпом нагрева).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сулейманов, Дамир Фанилевич, 2013 год

Список использованных источников

1 Механо-коррозионные процессы в грунтах и стресс-коррозия в магистральных нефтегазопроводах. К.Д.Басиев, А.А.Бигулаев, М.Ю.Кодзаев. Вестник владикавказского научного центра. Том 5, №1, 2005 г., с.47-53

2 Слепцова С.К. Влияние модифицирующего нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства полимерного волокнистого материала, Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Специальность 05.09.10 - Электротехнология, Саратов, 2008 г.

3 Лаврентьев В.А. Влияние СВЧ электромагнитного поля на физико-механические свойства эпоксидного компаунда, Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.09.10 - Электротехнология, Саратов, 2009 г.

4 A.M. Музафаров, A.A. Кузнецов, М.Ю. Заремский, А.Н. Зеленецкий «Введение в химию высокомолекулярных» соединений Учебное пособие для студентов по специальности «Композиционные наноматериалы»: М., МГУ им.Ломоносова, 2010 г.

5 Платэ Н. А., Литманович А. Д., Ноа О. В., Макромолекулярные реакции, М., 1977;

6 Каргин В. А., Структура и механические свойства полимеров. Избр. труды, М., 1979

7 Х.Ясуда. Полимеризация в плазме. М : Мир. 1988. 374с.

8 J. of Appl. Polymer Sei.: Appl. Polymer Symposium. Proceedings of Plasma Polymerization and Plasma Interactions with Poolymer Materials. 199th National Meeting in Boston. Ed. H. Yasuda. 1990. V.46

9 "Plasma Deposition, Treatment and Etching of Polymers". Ed. R.d'Agostino. N.Y.: Academic Press. 1990. 305p.

10 А.М.Красовский, Е.М.Толстопятов. Получение тонких пленок распылением полимеров в вакууме. Минск: Наука и техника. 1989. 181с.

11 Технология упаковочного производства: Учебное издание / Под общ. Ред. Э.Г.Розанцева - М.: Колос, 2002 г. - 184 с.

12 В.В.Ананьев, М.И.Губанова, И.А.Кирш, Г.В.Семенов, Д.В.Казьмин Модификация полиэтилена, инициированная ультразвуком «Пластические массы», 2008, №6, стр.6-8

13 Басов Н.И., Любартович С.А., Любартович В.А., Виброформование полимеров, Л., 1979;

14 Вибрации в технике. Справочник, т. 4, под ред. Э.Э. Лавендела, М.,

1981;

15 Варсанофьев В.Д., Кольман-Иванов Э.Э., Вибрационная техника в химической промышленности, М., 1985.

16 Калганова С.Г. Электротехнология нетепловой модификации полимерных материалов в СВЧ электромагнитном поле: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.09.10 - Электротехнология. -Саратов, 2009

17 Patent application №20090286013 Use of microwave energy to selectively heat thermoplastic polymer systems. Michael Cook, Rudi Salmang, Mike Paquette, Robert Paul Haley, Sam Crabtree, Joe Longoria, Herbert Bongartz, Andreas Mayer, Saeed Siavoshani, Peter K. Mercure, Shih-Yaw Lai, Jeff Watkins, John Sugden, Ronald G. Van Daele. Publication date 11/19/2009.

18 Microwave curing and characterization of nanoclay reinforced epoxy. M.V.Hosur, A. Menon, M. K. John, V.K. Rangari, S. Jeelani. International SAMPE symposium and exhibition, 2005, vol.50, p. 1659-1669.

19 Prospects of microwave processing: An overview. S.Das, A.K.Mukhopadhyay, S. Datta and D Basu. Bull. Mater. Sci., Indian Academy of Sciences., Vol.31, №7, 2008, pp. 943-956.

20 Microwave synthesis of polymeric materials. Scale up and commercial aspects. Dariusz Bogdal, Aleksander Prociak, Chemistry Today, Vol 25 №3, 2007, p.30-33

21 Некрутман С. В. Тепловая обработка пищевых продуктов в электрическом поле сверхвысоких частот.- М.: Экономика, 1972.

22 Архангельский Ю.С. Сверхвысокочастотные нагревательные установки для интенсификации технологических процессов / Ю.С. Архангельский, И.И. Девяткин. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1983. 140 с.

23 Патент РФ № 2281447 Устройство для сушки сыпучих диэлектрических материалов Волошко А.Ю., Гринев Б.В., Крамской Е.Д., Самойлов B.JL, Семиноженко В.П., Солодовченко С.И., Шишкин О.В. Опубликовано: 10.08.2006

24 Патент РФ № 2324305 Сверхвысокочастотное нагревательное устройство Рисман Пер Олов Г., Фагрелль Магнус, Стиллешё Фредрик Опубликовано: 10.05.2008

25 Патент РФ № 2324509 Излучатель СВЧ-энергии для нагрева тканей тела человека Гельвич Э.А., Мазохин В.Н. Опубликовано: 20.05.2008

26 Патент РФ № 2334302 Сверхвысокочастотный генератор магнетронного типа Дубинов А.Е., Птицын Б.Г., Селемир В.Д., Шилин К.С. Опубликовано: 20.09.2008

27 Патент РФ № 2354083 Сверхвысокочастотное устройство для нагрева диэлектрических материалов Мамонтов A.B., Назаров И.В., Нефедов В.Н., Потапова Т.А. Опубликовано: 27.04.2009

28 Патент РФ № 2356215 Устройство для предпосевной обработки семян Василенко A.A. Опубликовано: 27.05.2009

29 Патент РФ № 2434531 Вакуумная камера для микроволновой обработки диэлектрических материалов Кащенко В.Ф. Опубликовано: 27.11.2011

30 Патент РФ № 2439128 СВЧ-установка для обработки нефтеводяных эмульсий Ляшенко A.B., Бакшутов B.C., Сироткин О.Л., Перовский Э.В., Максименко Б.Н., Андрианов Н.Т. Опубликовано: 10.01.2012

31 Патент РФ № 2440169 Устройство для микроволновой обработки водонефтяной эмульсии, транспортируемой по трубопроводу Воробьев Н.Г., Аюпов Т.А., Бакаев A.B., Воробьева Е.Г. Опубликовано: 20.01.2012

32 Патент РФ № 2452909 Сушилка для сыпучих диэлектрических материалов Волошко А.Ю., Дикуха И.В., Левкин Н.В., Самойлов В.Л., Семиноженко В.П., Хомичук В.А., Чепкий A.A., Шишкин О.В. Опубликовано: 10.06.2012

33 Патент РФ № 27979 Устройство для микроволнового нагрева Комаров В.И., Молохов М.Н., Сорокин A.A. Опубликовано: 27.02.2003

34 Патент РФ № 50643 Сушилка зерновых материалов Пахомов В.И., Пахомов Ю.В., Письменов A.B., Скубилин М.Д. Опубликовано: 20.01.2006

35 Патент РФ № 65787 Установка для проведения химических реакций Кушнарева E.H., Рыбакова И.О., Сутугин А.П. Опубликовано: 27.08.2007

36 Патент РФ № 78390 Сверхвысокочастотное устройство для термообработки листовых диэлектрических материалов Мамонтов A.B., Назаров И.В., Нефедов В.Н., Потапова Т.А. Опубликовано: 20.11.2008

37 Патент РФ № 80714 Сверхвысокочастотное устройство для нагрева диэлектрических материалов Мамонтов A.B., Назаров И.В., Нефедов В.Н., Потапова Т.А. Опубликовано: 20.02.2009

38 Патент РФ № 100867 Сверхвысокочастотное устройство для термообработки объемных диэлектрических материалов Нефедов М.В., Нефедов В.Н., Мамонтов A.B., Алякринский С.Г., Чугасова В.А., Савченко И.М. Опубликовано: 27.12.2010

39 Патент РФ № 109540 Барабанная микроволновая сушилка Щербаков С.Ю., Аксеновский A.B., Жидков С.А. Опубликовано: 20.10.2011

40 Патент РФ № 111148 Снеготаялка Морозов О.Г., Морозов Г.А., Берко А.Б., Лапочкин М.С. Опубликовано: 10.12.2011

41 Патент РФ № 114814 Микроволновая печь Голубева И. А. Опубликовано: 10.04.2012

42 Патент РФ № 2333418 Способ микроволновой обработки водонефтяной эмульсии, транспортируемой по трубопроводу, и устройство для его осуществления Воробьев Н.Г., Аюпов Т.А., Даутов О.Ш., Петров A.B. Опубликовано: 10.09.2008

43 Патент РФ № 2397414 Способ сушки гидролизного лигнина в микроволновой печи Ольховский В.Н. Опубликовано: 20.08.2010

44 Патент РФ № 2428630 Способ деструкции токсичных соединений Цодиков М.В., Передерий М.А., Бухтенко О.В., Жданова Т.Н., Чистяков A.B., Быков В.И., Мартынов Б.И., Залепугин Д.Ю., Марин В.П. Опубликовано: 10.09.2011

45 Патент РФ № 2433976 Способ изготовления гранулированного заполнителя для силикатных изделий автоклавного твердения Лесовик B.C., Мосьпан A.B., Строкова В.В., Лесовик Р.В., Воронцов В.М. Опубликовано: 20.11.2011

46 Патент РФ № 2438774 Способ регенерации сорбентов нетепловым воздействием электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона Мюллер Р.Ф., Ольшанская В.П., Румянцев А.И. Опубликовано: 10.01.2012

47 Патент РФ № 2440200 Способ очистки загрязненного нефтью и нефтепродуктами грунта Кузнецов О.Ю., Кручинина Н.Е., Тихонова И.О., Шилин С.А., Бубнова A.C. Опубликовано: 20.01.2012

48 Патент РФ № 2446046 Микроволновой способ вспенивания гранул пенополистирола Капустин А.И., Золотовский И.О., Светухин В.В., Маслов В.Н., Трефилов H.A. Опубликовано: 27.03.2012

49 Патент РФ № 2446942 Способ получения и сохранения формы экструдированного продукта, изготовленного из вяжущего материала Итальчементи С.п.А. Опубликовано: 10.04.2012

50 Патент РФ № 2457910 Способ обезвреживания загрязнителей почв Винокуров В.А., Гущин П.А., Иванов Е.В., Арапов К.А., Кожевников Д.А. Опубликовано: 10.08.2012

51 Патент РФ № 2462500 Способ скоростной деструкции нефтяных остатков и загрязнений Цодиков М.В., Хаджиев С.Н., Передерий М.А., Кадиев Х.М., Чистяков А.В., Мартынов Б.И., Константинов Г.И., Марин В.П. Опубликовано: 27.09.2012

52 Патент РФ № 2465399 Способ разрушения морского льда и устройство для его осуществления Киселёв Ю.М. Опубликовано: 27.10.2012

53 Патент РФ № 2468065 Способ термической переработки высокомолекулярного углеродсодержащего сырья в более легкие соединения Мюллер Р.Ф., Лыжин С.А., Ольшанская В.П., Румянцев А.И., Сычев М.В. Опубликовано: 27.11.2012

54 Рогов И.А. Сверхвысокочастотиый и инфракрасный нагрев пищевых продуктов / И.А. Рогов, С.В. Некрутман. М.: Пищевая промышленность, 1976. 210с.

55 Долгополов Н. Н. Электрофизические методы в технологии строительных материалов.- М.: Изд-во лит-ры по строительству, 1971.

56 Крепьючетс Р. Использование СВЧ нагрева в производственных процессах - Электроника, 1966, г. 39, № 5, с. 39-47.

57 А. С. 491809 (СССР). Установка для сушки сыпучих материалов /Л. Б. Некрасов и др.- Опубл. в Б. И., 1975, № 42.

58 Бунин Л. Г. и др. Конвейерная СВЧ печь. - В кн.: Вопросы электронной техники. - Саратов: СПИ, 1973, с. 82-89.

59 Патент №86373 Комбинированная установка для свч обработки материалов с различными диэлектрическими свойствами / Архангельский Ю.С., Калганова С.Г., Гришина Е.М., Лаврентьев В.А. (RU) Опубл.: 27.08.2009

60 Патент №2207744 Сверхвысокочастотная электромагнитная сушилка пастообразных и сыпучих материалов / Бикбулатов И.Х., Даминев P.P., Шарипова Э.Б., Шулаев Н.С. Опубл. 27.06.2003

61 Калашников B.C., Родос Л.Я. Электродинамика и распространение радиоволн (электродинамика): Письменные лекции. - СПб.: СЗТУ, 2001. - 88 с.

62 Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика. М., «Связь», 1971. 487 с.

63 Марков Г.Т., Петров Б.П., Грудинская Г.П., Электродинамика и распространение радиоволн. М.:Сов.Радио, 1979.

64 Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1989.

65 Красюк Н.П., Дымович Н.Д. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Высшая школа, 1974.

66 Технологическое оборудование производства суспензионного поливинилхлорида: Монография/ В.М.Ульянов, А.Д.Гуткович, В.В.Шебырев. Нижегород. гос. техн. ун-т. Н.Новгород, 2004. - 253 с.

67 Воробьев В.А., Андрианов P.A. Технология полимеров. - М.Высшая школа, 1985. - 303 с.

68 Химический энциклопедический словарь. Гл. ред. И. JI. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1983. — 792 с.

69 Энциклопедия полимеров. Ред. коллегия: В. А. Каргин. Т.1 А-К. М., Сов. Энц., 1972. 1224 стр. с илл

70 Энциклопедия полимеров. Ред. коллегия: В. А. Кабанов Т.З Полиоксадиазолы-Я. М., Сов. Энц., 1977. 1152 стр. с илл.

71 Энциклопедия полимеров. Ред. коллегия: В. А. Кабанов Т.2 JI-Полинозные волокна. М., Сов. Энц., 1974. 1032 стр. с илл.

72 J. G. Speight, Norbert Adolph Lange Lange's handbook of chemistry. — edition 16. — McGraw-Hill, 2005. — C. 2.807-2.758. — P. 1000.

73 A.K. van der Vegt & L.E. Govaert, polymeren, van keten tot kunstof -2003.-P. 279.

74 Кренцель Б.А., Л.Г. Сидорова. Полипропилен. Киев.: Техника,1964. -89 с.

75 Иванюков Д.В., М.Л. Фридман. Полипропилен. Москва.: Химия, 1974.-270 с.

76 Handbook of Polypropylene and Polypropylene Composites / ed. H.G. Karian. - NewYork.: MarcelDekker Inc, 2003. - 740 p.

77 Рахманкулов Д.Л., Бикбулатов И.Х., Шулаев H.C., Шавшукова С.Ю. Микроволновое излучение и интенсификация химических процессов. -М.: Химия, 2003.-220 с.

78 Исследование физико-механических свойств полимерных материалов, модифицированных в электромагнитном поле СВЧ-диапазон/ Шулаев Н.С., Абакачева Е.М., Сулейманов Д.Ф.// Бутлеровские сообщения. 2011. Т.24. №1, с.95-98

79 ГОСТ 25945-98. Материалы и изделия полимерные строительные герметизирующие нетвердеющие. Методы испытаний

80 ГОСТ 2678-94 Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные. Методы испытаний.

81 Тагер А.А. Физико-химия полимеров. - М.: Химия, 1968. - 536 с.

82 Тугов И.И., Кострыкина Г.И. химия и физика полимеров. - М.: Химия, 1989.-432 с.

83 ГОСТ 14041-91 Пластмассы. Определение тенденции к выделению хлористого водорода и других кислотных продуктов при высокой температуре у композиций и продуктов на основе гомополимеров и сополимеров винилхлорида. Метод конго красный

84 Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров. - М.; Мир, 1983.-480 с.

85 ГОСТ 25945-98 Материалы и изделия полимерные строительные герметизирующие нетвердеющие. Методы испытаний

86 Браун В. Диэлектрики. - М.; Издательство иностранной литературы, 1961. - 326 с.

87 Крыжановский В.К. и др. Технические свойства полимерных материалов: Уч.-справ.пос. Спб., Изд-во «Профессия», 2003. - 240 с.

88 Исследование диэлектрических свойств ПВХ в электромагнитном поле СВЧ диапазона/ Абакачева Е.М., Сулейманов Д.Ф., Шулаев Н.С., Маликов

P.M. // Сборник материалов международной конференции «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений», Казань, 2009, с.212

89 Исследование механических свойств полимерных материалов модифицированных в СВЧ электромагнитном поле/ Шулаев Н.С., Абакачева Е.М., Сулейманов Д.Ф. //Сборник материалов 20-ой международной крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Севастополь, Украина, 2010

90 Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Курс физики полимеров. JI., Химия, 1976.-288 с.

91 Исследование термостабильности поливинилхлорида модифицированного в электромагнитном поле СВЧ-диапазона / Абакачева Е.М., Кузеев И.Р., Нафикова Р.Ф., Сулейманов Д.Ф., Шулаев Н.С. // «Нефтегазовое дело», 2012. Т.10, №2, с.79-81

92 Юдаев Б.Н. Теплопередача. М., «Высшая школа», 1973, 360 с.

93 Исследование влагопоглощения полимерных материалов при изготовлении рифленных листов вальцеванием/ Сулейманов Д.Ф. //Сборник материалов всероссийской научно техническая конференции «Нефть и газ Западной Сибири», Тюмень, 2009, с.270-272

94 Электромеханические свойства полимерных материалов модифицированных в электромагнитном поле СВЧ-диапазона/ Абакачева Е.М., Сулейманов Д.Ф., Шулаев Н.С. // Сборник материалов всероссийской конференции с элементами научной школы «Проведение научных исследований в области синтеза, свойств и переработки высокомолекулярных соединений, а также воздействия физических полей на протекание химических реакций» Казань, 2010 г.

95 Патент РФ № 2461586 Способ производства полимерной пленки Абакачева Е.М., Иванов С.П., Маликов P.M., Сулейманов Д.Ф., Шулаев Н.С. Опубликовано: 20.09.2012 Бюл. № 26

96 Патент РФ №118818 Сверхвысокочастотная электромагнитная установка для модификации полимерных пленок. Абакачева Е.М., Киреев К.А., Маликов P.M., Сулейманов Д.Ф., Шулаев Н.С. Опубликовано: 27.07.2012 Бюл. №21

97 Методика расчета установок для нетепловой модификации полимеров в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона / Абакачева Е.М., Жулаев A.B., Попова Е.В., Сулейманов Д.Ф. // «Нефтегазовое дело» 2013, №3. с. 471-478.

98 Абакачева Е.М. Вальцы для изготовления полимерных рифленых листов: разработка конструкции и метода расчета. Диссертация кандидата техн. наук: Специальность 05.02.13. - 2005г.

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "КАУСТИК"

кустик

www.kaus.tu

Т I Система менеджмента качества сертифицирован!

иа соответствие требованиям ГОСТ Р ИСО 9001-2008

Система экологического менеджмента сертифицирована на соответствие требованиям стандарта систем менеджмента ISO 14001:2004

ЮШСПИШ ювЕшаа

453 НО, Рэ?эй, Башкортостан РеспубликаЬы Стэрлетаматс ■калаЬы, Техник урамы, 32 e-mail: [e-mail], телетайп: Хлор 662312 ИНН 0268008010/КПП 997350001, ОКЛО 00203312 ОКВЭД 24.16, ОГРН 1020202079479

453110, Россия, Республика Башкортостан г. Сгерлитамак, ул. Техническая,^ e-mail: [e-mail], телетайп: Хлор 662312 ИНН 0268008010/КПП 997350001, ОКПО 00203312 ОКВЭД 24.16, ОГРН 1020202079479

Ис"Э/ от «£Sfj? МШ^ 20^ г.

АКТ

о применении результатов кандидатской диссертационной работы Сулейманова

Дамира Фанилевича

Результаты диссертационной работы Сулейманова Д. Ф. представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, посвященной разработке технологии и конструкций установок для модификации полимерных материалов в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона, апробированы в производстве липкой поливинилхлоридной пленки цеха №8 ОАО «Каустик», г.Стерлитамак.

Применение технологии сверхвысокочастотной обработки липкой поливинилхлоридной пленки является перспективной. В процессе испытаний зафиксировано улучшение физико-механических свойств опытных образцов. Качество изделий соответствует техническим нормам. Брак и дефекты готовой продукции не обнаружены.

Предложенную СВЧ технологию можно рекомендовать к промышленному внедрению в производство липкой поливинилхлоридной пленки.

Главный инженер ОАО «Каустик» г.Стерлцт^м

фанасьев Ф.И.

Код города; 3473 I

Главный инженер:...'..................................................т.: 216-230 За-ч.гси.директора по управлению персоналом Управление по логистике:-------....т.: 292-271, ф.; 216-293

Зам.ген. директора по экономике и финансам:.....т.: 216-155 я общим вопросам...............................................т.: 216-254 Отдел закупок сырья....................т.: 216-217, ф.: 299-701

Зам.ген. директора по реализации:..........................т.: 215-649 Справочная предприятия:..................................т.: 216-141 Отдел закупок оборудования:......т.: 292-131. <Ь.: 216-14«

Зам.ген липектлпа пл «иш». ч - ■ -

----------:----------

453118, Республика Башкортостан, г.Стерлитамак, проспект Октября, 2 Тел./факс: [phone],24-25-12 ИНН 0277006179 КПП 026802001

№

9Л-

на №

от О ¿Р. ¿V <¿¿>-¿5 от__

у 'В-

Л"

, ■ г -Дкцийё]в-. Р.Рл

-Стерд

«УТВЕРЖДАЮ» филиала ФГБОУ ВПО УГНТУ маке д.т.н. профессор

А /з

Справка

>

об использовании результатов кандидатской диссертационной работы Сулейманова Дамира Фанилевича в учебном процессе для студентов специальности «Машины и

аппараты химических производств»

Материалы диссертационной работы Сулейманова Д.Ф. внедрены в учебный процесс и используются в лекционном курсе по дисциплине «Оборудование заводов по переработке пластмасс» студентов специальности 24.08.01 - «Машины и аппараты химических производств».

Также результаты диссертационной работы используются на факультативных занятиях и при выполнении курсовых, дипломных проектов, что позволяет углубить и расширить знания студентов в области применения сверхвысокочастотного электромагнитного поля в химической технологии. В рамках темы диссертации выполнено четыре научно-исследовательские дипломные работы.

Завкафедрой «Оборудование нефтехимических заводов» ^^С^/' С.П.Иванов