книги из ГПНТБ / Любутин О.С. Автоматизация производства стеклянного волокна

о

Рис. 13. Автоматический загрузчик стеклянных шариков

реле 9 приводу дозатора. Заданная порция стеклянных шариков поступает в загрузочные ручьи 10, откуда они попадают в сосуд 11. Одновременно защелка перекры­ вает доступ шарикам из подготовительного ручья в заг­ рузочный. При попадании шариков в сосуд уровень сте­ кломассы в нем восстанавливается, уровнемер дает сиг­ нал, по которому отсекатель дозатора прекращает дос­ туп шариков в сосуд. Величина требуемого уровня стекломассы в сосуде устанавливается иглодержате­ лем 12.

ПРИБОРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВЛАЖНОСТИ

Вода является одним из обязательных компонентов стекловолокнистых материалов и оказывает влияние на технологические свойства стеклянных волокон и про­ цессы, связанные с их переработкой. Во влажном возду­ хе ткани из бесщелочных волокон обнаруживают умень­ шение прочности до 50% "[24]. Поэтому контроль и ав-

40

тематическое регулирование влажности стекловолокнистых материалов имеют для промышленности стеклово­ локна и стеклопластиков большое значение.

При выборе метода измерения влажности стеклонаполнителей следует учитывать формы связи влаги с су­ хим материалом. Так, при определении влажности ме­

чительно меньшую диэлектрическую проницаемость по сравнению с диэлектрической проницаемостью воды при других формах связи. Если для свободной воды е = 8 1 , то, по данным некоторых исследователей, у химически

и управления влажностью стеклонаполнителя необходи­ мо устанавливать возможные пределы влагосодержания стеклонаполнителя (например, стеклоткани) за счет изменения его конструкции (структуры) и количества замасливателя. Эти вопросы имеют первостепенные зна­

и поверхностную гигроскопичность, при которой влага адсорбируется поверхностью стекла. При объемной гиг­

Анализ литературных данных [25] показывает, что большинство авторов сходятся на следующей классифи­ кации процессов сорбции: мономолекулярная адсорбция, полимолекулярная адсорбция и капиллярная конденса­ ция вблизи насыщения.

При поверхностной гигроскопичности количество влаги, адсорбированное цилиндрическим волокном,про­ порционально его поверхности:

Gx — kQ = kndlp,

4!

где k — коэффициент пропорциональности, определяемый свойствами адсорбента и пара; р — плотность адсорбированного слоя влаги; / — длина волокна; d— диаметр волокна.

Собственно вес «сухого» волокна равен:

висит от диаметра волокна. Поэтому влагомеры тариру­

цию, совпадают. Зависимость влагосодержания стекло­ ткани у от влажности воздуха х может быть выражена

обработанной стеклотканей при относительных влажностях воздуха P/Ps<0,6. При P/Ps >0,6 изотерма термообработанной стеклоткани располагается ниже изотер­ мы замасленной стеклоткани, что свидетельствует об активной роли пленки замасливателя во влагообмене. Наиболее интенсивный влагообмен с окружающим возду­ хом наблюдается при относительной влажности больше 65%, т.е. соответствует общей картине увлажнения стекла вблизи точки насыщения.

Влага поглощается стеклотканью по следующему уравнению кинетики:

m = m Q { \ ~ e - k x ) ,

42

где nt0 — максимальная влажность стеклоткани; k — коэффициент, зависящий от качества образца и условии опыта и определяющийся экспериментально.

Максимальное поглощение влаги стеклотканью про­ исходит в первые минуты, затем наблюдается замедлен­ ный рост увлажнения, после чего процесс влагообмена можно считать установив­ шимся. Аналогичную карти­ ну можно проследить и при сушке. Для выявления пове­ дения стеклоткани при ув­ лажнении и сушке были по­ лучены [26] кривые сорбции и десорбции замасленной стеклоткани при постоянной температуре (рис. 14). Пос­ кольку процесс сорбции и десорбции при повышенной относительной влажности воздуха обратим, важно ус­ тановить пределы его обра-

3 N Us

0,2 0,4 0,6 0,8 1

Относительная Влажность боздуха уР/р£

тимости и необратимости. Как видно из кривых, харак­ тер увлажнения и сушки стеклоткани одинаков. Установ­ лено, что одному и тому же давлению пара соответству­ ет разное значение влагосодержания в зависимости от того, при каких условиях оно достигнуто: при увлажне­ нии или при сушке. В рассматриваемом случае петля гистерезиса наблюдается примерно до 70% относитель­ ной влажности воздуха, после чего кривые сорбции и де­ сорбции совпадают. Образование петли гистерезиса, по-видимому, можно объяснить исходя из теории капил­ лярной конденсации, а именно — различием в кривизне мениска при повышении или понижении сорбции [27].

43

Можно предположить, что при уйлажнении стекло­ ткани в области значений относительной влажности воздуха P/Ps = 0,7—1 происходит полное заполнение капилляров влагой и в этих пределах кривые сорб­ ции и десорбции совпадают. Таким образом, ис­

испытаний стеклотканей сатинового и полотняного пе­ реплетений дают основание полагать, что их структура существенным образом не влияет на влагопоглощающую способность. Установлено также, что для замас­ ленных стеклотканей характерна высокая скорость сор­ бции и десорбции, значительно большая, чем для анало­ гичных тканей из синтетического вискозного, натураль­ ного хлопчатобумажного волокна.

Вследствие ряда недостатков существующие типы автоматических влагомеров [28, 29] не могут считаться подходящими для измерения таких малых влажностей, как влажность стекловолокнистых материалов. К их не­ достаткам следует отнести большие погрешности изме­ рений (до 0,5% абсолютной влажности); низкую чув­ ствительность; особые требования к компенсатору: ком­ пенсатор (один из главных элементов влагомера) должен в качестве уравновешивающего органа иметь переменный конденсатор, встроенный в автоматический потенциометр, в связи с чем он не может быть отнесен на значительное расстояние от датчика; использование напряжения в качестве сигнала о влажности нити, вследствие чего возникает необходимость в специальных мерах для обеспечения надежности аппаратуры (раз­ личного рода компенсациях и стабилизациях, строгом отборе ламп при их замене и т.п.).

Более приемлемым является прямое измерение деви­ ации, вызванной колебанием емкости датчика при из­ менении влажности контролируемого материала.

В Новочеркасском политехническом институте раз­ работан прибор [30] для автоматического контроля влажности стеклянной ткани, в основу которого поло­ жен дифференциальный метод измерения, заключающий-

44

включает два транзитронных генератора 1 и 2, сдвину­ тых по частоте за область захвата частот. В колебатель­ ный контур одного из них включен емкостный датчик С. Для повышения стабильности генераторов напряже­ ние высокой частоты, подаваемое в смеситель 3, снима­ ется с дросселя катодной нагрузки, что почти полностью изолирует генераторы и повышает устойчивость их ра­ боты. Напряжение девиации, выделенное на анодной нагрузке смесителя 3, через фильтр низких частот пос­ тупает на катодный повторитель 4, выход которого со­ гласован с телеметрическим кабелем. По кабелю напря­ жение низкой частоты подается на двухкаскадный уси­ литель-ограничитель 5 и дальше через дифференцирую­ щую цепь на ждущий мультивибратор 6 с катодной связью. В отличие от обычных частотомеров в регист­ рирующем устройстве вместо электронного коммутатора

преимущества, заключающиеся в том, что фронт и дли­

няется лишь скважность импульсов), в то время как на выходе электронного коммутатора эти параметры им­ пульсов определяются частотой сигнала.

На выходе частотомера установлен мост сопротивле­ ний, согласованный с входом автоматического потенцио­ метра 7, что позволяет дополнительно увеличить надеж­ ность аппаратуры и повысить точность измерений по сравнению с электронным мостом, так как шкала при­ бора не связана с параметрами выходной лампы. Шкала прибора градуируется в процентах абсолютной влажно­ сти. Конструктивно прибор состоит из датчика, выносного высокочастотного блока, щитового измерительного бло­ ка, совмещенного с блоком питания, и автоматического потенциометра ЭПП-0,9 (10 мв). Связь между вынос­ ным и щитовым блоками осуществляется с помощью те­ леметрического кабеля длиной до 250 м.

Гигротермический равновесный метод определения влажности стекловолокнистых материалов основан на взаимодействии влажного материала с окружающей средой, которое определяется главным образом относи-

45

тельным парциальным давлением пара у поверхности материала и в воздухе. Влагообмен между материалом и воздухом прекращается при достижении гигротермического равновесия. Таким образом, если материал на­ ходится в равновесном состоянии с воздухом, то, опре­ деляя относительную влажность ср воздуха, можно су­ дить о влажности материала т. Очевидно, что каждому значению ф будет соответствовать вполне определенное значение m [25, 28, 29]. Для построения статической характеристики влагомера достаточно знать изотермы сорбции-десорбции контролируемого материала и ста­ тическую характеристику применяемого датчика влаж­ ности воздуха. Покажем, в каких случаях применение равновесного метода целесообразно.

Введем понятие коэффициента М, определяемого со­ отношением

бания температуры окружающей среды. Следовательно,

ности воздуха 30—90% коэффициент M достаточно ве­ лик и равен 270—280. Это свидетельствует о возможно­

температурной погрешности были сняты изотермы сорбции и десорб­ ции стекловолокнистых материалов при разных температурах с до­ статочно высокой точностью. Работа проводилась в камере микро­ климата типа «Feutron». Над камерой были установлены аналити­ ческие весы (погрешность ±0,0001 г). К одному плечу весов через

46

отверстия для арретира и иллюминатора непосредственно в рабо­ чем объеме камеры подвешивали образец стеклонитей, вес которых

ветственно изменялся вес исследуемого образца и его регистрирова­ ли в каждой точке при установившихся значениях влажности и тем­

величину брали среднее значение. Температуру во всем диапазоне измерения влажности воздуха поддерживали автоматически постоян­

изводственных условиях температура изменяется в мень­

При использовании влагомера воздуха с погрешно­ стью ± 3 % получим значения AS: для крученых стекло­ нитей AS — 0,023 °/о, для некрученых стеклонитей AS = = 0,026%..

47

Таким образом, если для определенного вида стекловолокнистого материала градуировать какой-либо влагомер воздуха по средней кривой, расположенной на

изменения температур, то получим достаточно точный и

Рис. 16. Кривые равновесного влагосодержания

48

с быстроменяющейся влажностью необходимо приме­ нять малоинерционный кварцевый датчик влажности воздуха [31].

Для контроля влажности стекловолокна в жгутах, бухтах, паковках и т.п. во ВНИИСПВ разработан прибор, принципиальная схема которого приведена на рис. 17. В качестве датчика в схеме используется конден-

Рис. 17. Принципиальная электрическая схема влагомера стеклово­ локна

сатор Сх в виде двух стержней, между которыми поме­ щают контролируемый материал (нить, жгут). При контроле влажности стекловолокна, находящегося в па­ ковках, стержни вводят непосредственно в контролиру­ емый материал. Расстояние между стержнями (электро­ дами) датчика составляет 10—15 мм, что позволяет избежать его загрязнения и создает удобство в эксплу­

вительностью, стабильностью и применяется для произ­ водственного контроля параметров кварцевых резонато­ ров и измерения влажности воздуха при помощи специ­ альных резонаторов. Преобразователь содержит изме­ рительный мост (Ri—Rs, Ci, Сх, Сп, Ди KB), усилитель, собранный на двух полупроводниковых триодах Тх и Г2 , цепочку обратной связи (Rie, Си Rt и Ді), детектор