книги из ГПНТБ / Коган, З. А. Консервация и упаковка машиностроительной продукции

адсорбенты — высокопористые тела с развитой внутрен­ ней поверхностью, которые являются поглотителями для различных газов, органических веществ, паров воды и т. д. Поглощение водяных паров большинством твердых адсор­ бентов связано с физической адсорбцией. Механизм адсорб­ ции влаги заключается в конденсации паров в капиллярах тела за счет пониженной упругости паров воды над вогну­ тыми менисками. Перенос сорбируемого вещества внутрь тела носит диффузионный характер. Изучению внутридиффузионной кинетики посвящены работы ряда иссле­ дователей [12, 89].

Адсорбционные процессы зависят от свойств пары адсорбент—адсорбат и могут быть характеризованы ки­ нетикой сорбции (зависимость количества поглощенного вещества от времени) и адсорбционным равновесием между удельным (относительным) поглощением и пар­

р — f (е) при t = const.

Кинетика сорбции для большинства пар является затухающим процессом во времени и характеризуется рядом особенностей [47, 103].

К влагопоглотителям, применяемым для осушки воз­ духа при применении методов герметизации, предъяв­ ляются следующие требования: высокая степень осушки воздуха, большая адсорбционная способность (влагоемкость), наивыгоднейшая характеристика адсорбцион­ ного равновесия, возможность многократного использо­ вания.

В качестве твердых адсорбентов при герметизации машиностроительной продукции могут применяться: акти­ вированные угли, алюмогели—активированный алюминий, силикагели — обработанный минеральными кислотами кварцевый песок, цеолиты—полигидраты алюмосилика­ тов и др.

Адсорбционная способность пористых адсорбентов по

*отношению к водяным парам определяется их внутрен­ ней структурой: удельной поверхностью, удельным объ­ емом пор, их размерами и формой, а также распределением объема пор по их радиусам [63]. Характеристики струк-

Ш

Рис. 13. Характеристики адсорбционного равновесия р — R для различных влагопоглотителей

туры зерен перечисленных адсор­ бентов и их основных свойств приводятся в различных литера­ турных источниках [47, 56, 103].

Для влагопоглотителей, приме­ няемых для осушки загерметизи­ рованного воздуха, характеристи­

ка адсорбционного равновесия имеет большое значение, так как определяет режим осушки и оводнения воздуха в процессе хранения изделий. Основной интерес представ­ ляет зависимость влагоемкостн адсорбента от степени от­ носительного оводнения изолированного воздуха. На рис. 13 показан сравнительный характер протекания изотерм адсорбции для рассматриваемых влагопоглотителей. Отно­

пористого силикагеля (кривая 2) явно неудовлетвори­ тельна. Этот влагопоглотитель имеет низкую величину влагоемкостн, соответствующую относительной влажности 60%, поэтому не может обеспечить длительного срока хранения до его замены. АлюмОгели также неэффективны из-за пониженной влагоемкостн (кривая /) и быстрого снижения своей адсорбционной способности в процессе регенерации.

Цеолиты (кривая 3), хотя и обеспечивают высокую степень осушки воздуха в начальный период хранения (крутой ход кривой), однако имеют очень низкую актив­ ность, начиная с оводнения 22—23% (пологий, почти горизонтальный ход кривой), что существенно затрудняет контроль за загерметизированным воздухом в чехлах на последнем, наиболее ответственном этапе хранения.

Активированный уголь из сарана (кривая 4) имеет низкую активность при небольшом содержании влаги в воздухе и высокую в диапазоне относительной влажно-

112

сти, равной 40—50%. При его применении следует ожи­ дать низкой степени осушки загерметизированного воз­ духа и медленного его дальнейшего оводнения. Благодаря высокой адсорбционной способности этот адсорбент обес­ печит более продолжительные сроки хранения по сравне­ нию с остальными влагопоглотителями, однако он мало распространен и его эксплуатационные свойства изучены недостаточно.

Мелкопористый силикагель (кривая 5) имеет высокую влагоемкость и прямолинейную характеристику в инте­ ресующем нас диапазоне, а также сохраняет стабильность своих свойств при многократном использовании. Поэтому этот адсорбент целесообразно применять в качестве влагопоглотителя для методов герметизации [23, 71 ].

Характеристика адсорбционного равновесия для мел­ копористого силикагеля представится уравнением

Некоторые исследователи считают, что для методов герметизации наиболее целесообразным является режим осушки воздуха, характеризующийся низкой степенью его осушки в начальном этапе хранения и очень медленным его оводнением в последующем. Для обеспечения такого режима целесообразны влагопоглотители, имеющие ха­

Технологический процесс герметизации изделий с по­ мощью чехлов из полимерных пленок включает следующие основные операции: консервацию изделия, изготовление чехлов, регенерацию и расфасовку силикагеля, подготовку вспомогательных материалов и деталей, герметизацию изделия в чехол, упаковку изделия в тару для транспор­ тирования.

С учетом специфики метода герметизации и его высоких защитных качеств предварительная консервация факти­ чески имеет условный характер. При этом полностью исключается применение консистентных консервирующих смазок. Для деталей, не имеющих защитных покрытий, допускается нанесение тонкого слоя жидкой смазки для

предохранения от коррозии в первоначальный период после разгерметизации. Внутренняя консервация машино­ строительной продукции в основном должна состоять в за­ полнении узлов и механизмов эксплуатационными смаз­ ками и маслами.

Изготовление чехлов заключается в раскрое материала и сварке чехлов с помощью специальных приспособлений. Работы по разметке и раскрою материала целесообразно выполнять по шаблонам, что существенно повышает производительность и качество этих операций. Как пра­ вило, чехлы изготовляются в виде пакетов (мешков) прямоугольной формы (со сваркой трех сторон по пери­ метру). Могут также применяться чехлы более сложной формы, в том числе и объемной. В чехлах могут заранее выполняться необходимые технологические отверстия и другие элементы.

От качества сушки (регенерации) силикагеля непосред­ ственно зависят сроки хранения загерметизированных изделий и их сохранность [23].

Для сушки силикагеля используют различные нагре­ вательные устройства, имеющие термокамеры или спе­ циальные установки. Оптимальная температура для ка­ чественной сушки силикагеля должна находиться в диа­ пазоне 150—200° С. Регенерация силикагеля при более высоких температурах (250° С и выше) приводит к сни­ жению его механических и адсорбционных свойств.

При использовании для сушки силикагеля невентилируемых термокамер его размещают на металлических противнях слоем толщиной не более 5—6 см. В процессе регенерации необходимо периодически его перемешивать. Производительность таких термокамер не превышает 5—-10 кг/ч. По стабилизации веса силикагеля определяют окончание процесса сушки.

Более производительными являются установки с вен­ тилируемыми камерами, в которых сушка осуществляется горячим воздухом, продуваемым через всю массу регене­ рируемого силикагеля. Производительность таких уста­ новок 50—60 кг/ч.

Высушенный силикагель необходимо сразу ссыпать в герметичные емкости с плотно закрывающимися крыш­ ками (пробками). Оставлять силикагель на воздухе более 2 ч не допускается. Силикагель рекомендуется расфасо­ вывать в сухих помещениях и по возможности быстро. Расфасованный силикагель, если он не загружается

114

в чехлы, должен также помещаться в герметичные емкости. Силикагель расфасовывают в мешочки из неплотной ткани. Масса мешочка не должна превышать 500 г, а диаметр мешочка 100 мм.

К вспомогательным деталям и материалам, исполь­ зуемым при герметизации изделий, относятся: опоры (поддоны, подставки, щиты и т. д.), крепежные детали, прокладки и т. д. Опоры изготовляют из дерева или ме­ талла; в качестве прокладок используют материалы, обладающие амортизационными свойствами (резина, пласт­ масса и др.). Все вспомогательные детали должны быть заранее подготовлены для каждой номенклатуры изделия.

Схема герметизации изделия должна быть приведена в заводской инструкции с указанием марки и толщины пленочного материала, числа чехлов и количества загру­ жаемого влагопоглотителя в зависимости от назначения упаковки. Кроме того, в .инструкции должны быть ука­ заны размеры и форма элементов раскроя чехла, техно­ логический процесс герметизации, схемы (чертежи) креп­ ления загерметизированных изделий на опорах и упаковки их в тару с приложением рабочих чертежей на все до­ полнительно изготовляемые детали и перечень необ­ ходимых материалов.

Изделия массой более 2 кг герметизируют на специ­ альных опорах (поддонах, подставках, деревянных щитах,

В качестве прокладочного материала применяют вакуум­ ную или микропористую резину, эластичный пластик (пластикат) и др.

Для обеспечения надежной герметичности в местах закрепления болтов отверстия в материале чехла и про­ кладках рекомендуется делать на 2—4 мм меньше диаметра болтов, а последние изготовлять с мелкой (газонепрони­ цаемой) резиной. Места прохода болтов через материал опор целесообразно промазывать клеем 88-Н. Конструк­ ция крепежного болта должна быть такой, чтобы после установки в отверстие опоры (в днище ящика) его головка не соприкасалась с полом и было исключено проворачи­ вание его при навертывании гаек. Некоторые варианты крепления изделий к опорам приведены на рис. 14. При отсутствии у изделий опорных фланцев с отверстиями (лап) их крепят к опорам по другим схемам с применением стяжных лент, кронштейнов и т. д.

Рис.- 14. Схема крепления загерметизированных изделий

копорам:

закрепляют патроны с индикаторным силикагелем или мешочки с контрольной навеской обыкновенного силикагеля, взвешенные с точностью до ± 1 г. После сварки заключительного шва у края чехла оставляют отверстие размером 2—2,5 см, в которое вставляют шланг от пыле­ соса или вакуумнасоса и откачивают из чехла воздух до легкого прилегания пленки к изделию. После откачки воздуха шланг вынимают, отверстие зажимают рукой или струбцинкой и сразу же заваривают этот участок. Герме­ тизацию второго, третьего и т. д. чехлов производят последовательно и аналогично герметизации первого чехла.

Воздух из чехла откачивают для создания удобства производства операций по упаковке изделий в транспорт­ ную тару, а также для контроля качества герметичности чехла. Степень герметичности оценивается по скорости поступления воздуха в чехол после откачки. Если в тече­ ние 15—20 мин пленка чехла (на отдельных его участках) после ее оттягивания рукой резко возвращается на свое

116

Рис. 15. Схемы упаковок загерметизированных изделий:

а — для транспортирования; б — для транспортирования и хранения: / — днище транспортного ящика; 2 — крышка транспортного ящика; 3 — упа­ ковочный ящик с откидной крышкой; 4 — крепежные детали; 5 — прокладоч­ ный материал; 6 — пленочный чехол; 7 — мешочки с влагопоглотителем

место, чехол считается герметичным. Следует учитывать, что в последующем давление воздуха даже в герметичном чехле выравнивается с атмосферным, хотя прилегание пленочного материала к изделию сохраняется. Работы, связанные с герметизацией изделия в чехлы из полимер­ ных пленок, требуют соблюдения соответствующих пра­ вил. Для каждого изделия, загерметизированного в чехол, должна быть предусмотрена упаковка, обеспечивающая его безопасное хранение и транспортирование. Для этой цели может быть использована серийная или разработана специальная тара.

К конструкции упаковочной тары предъявляются сле­ дующие основные требования: надежное закрепление за­ герметизированных изделий; обеспечение сохранности пле­ ночных чехлов при транспортировании и хранении; воз­ можность доступа к чехлам для их обслуживания при хранении (контроль за относительной влажностью воз­ духа, замена силикагеля и т. д.); возможность извлечения загерметизированного изделия без повреждения пленки чехла и вторичного использования тары.

Упаковочная тара изготовляется двух видов: тара, предназначенная только для транспортирования изделия; тара, применяемая как при транспортировании, так и при

117

регенерации и расфасовки силикагеля; герметизации; упаковки загерметизированных изделий.

Уход за герметизированными изделиями в процессе хранения заключается в проведении периодического кон­ троля за относительной влажностью воздуха в чехлах и в замене оводненного влагопоглотителя регенериро­ ванным.

Контроль за относительной влажностью может осу­ ществляться с помощью специальных приборов (гигро­ метров), цветовых индикаторов влажности, по изменению веса контрольных навесок с силикагелем и т. д.

Применение для контроля гигрометров практически нецелесообразно из-за их большой чувствительности к ме­ ханическим воздействиям, малого срока службы и по экономическим соображениям. Наибольшее распростра­ нение для этой цели получил способ индикаторного силикагеля, изменяющего свой цвет по мере оводнения воздуха от-синего до розового (при R = 50—60%). Этот метод имеет ряд преимуществ, однако требует применения прозрачных пленок, специальных патронов и опытного обслуживающего персонала. Способ контрольных наве­ сок с силикагелем, основанный на линейной зависимости его оводненности от относительной влажности воздуха, более прост, но требует особо тщательной просушки силикагеля, загружаемого в чехлы. В этом отношении более перспективным может явиться электрический способ контроля с применением различного рода датчиков, чув­ ствительных к изменению относительной влажности воздуха.

4.АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ГЕРМЕТИЧНЫХ УПАКОВКАХ ПРИ ХРАНЕНИИ

После герметизации изделия в чехол воздух в нем осушивается влагопоглотителем. В результате возникает разность парциальных давлений, под действием которой происходит проникновение паров воды в упаковку через материал чехла или неплотности в соединениях, и воздух, а также силикагель в нем постепенно оводняются. Паропроникновение в изолированные емкости с силикагелем имеет особенности в отличие от диффузии паров воды через обычные мембраны в лабораторных условиях. На указан­ ные процессы оказывают влияние различные факторы, которые можно подразделить на исходные (конструктив-

118

ные) и внешние, определяющиеся климатическими усло­ виями хранения. К исходным факторам следует отнести: паропроницаемость изоляционного материала, величину поверхности материала и внутренний объем, количество и свойства загруженного влагопоглотителя, внутренние источники увлажнения воздуха и др., к внешним фак­ торам — температуру и влажность воздуха.

Влияние паропроницаемости. Характер влияния паропроницаемости материала чехлов на процессы оводнения воздуха и силикагеля при их хранении в условиях не­ отапливаемого хранилища показан на рис. 16. Как видно из рисунка, паропроницаемость пленок очень сильно

достигает предельного оводнения уже через 2,5 месяца,

ная влажность внутреннего воздуха не превышает 17%.

Аналогичное влияние на процессы паропроникновения оказывает и применение многослойных пленочных чехлов.

териала с паропроницаемостью, соответственно в 2,3 раза и более меньшей.

Влияние величины поверхности чехла и внутреннего

объема. Как и следует ожидать, увеличение величины пло­ щади поверхности чехлов при прочих одинаковых усло­ виях приводит к повышению интенсивности паропроник­ новения во внутренние объемы (рис. 17). Однако увеличе­ ние скорости паропроникновения в процессе хранения не пропорционально поверхности чехлов. Величина вну­ треннего объема воздуха практически не влияет на ско­ рость оводнения воздуха и силикагеля в чехлах при про­ чих одинаковых условиях. Это обстоятельство существенно облегчает расчеты, так как позволяет не учитывать вели­ чину свободного объема воздуха в чехлах при размещении в них изделий различных габаритов. Это также указывает на ошибочность существующего мнения, что предваритель­ ная откачка воздуха в чехлах с загерметизированными изделиями замедляет процессы паропроникновения при последующем их хранении.

Влияние количества силикагеля. Количество загружен­ ного силикагеля влияет на интенсивность оводнения

119

120