Научные стремления 2011-1

В ходе создания эталона БелГИМ принял участие в международных сличениях национальных эталонов электрической емкости в рамках темы

COOMET 345/UA/05 (COOMET.EM – K4, COOMET.EM – S4), номинальные значения емкости 10 и 100 пФ на частотах 1 и 1,6 кГц. В данных сличениях приняли участие 7 национальных метрологических институтов, входящих в состав COOMET, EURAMET, APMP. В ходе проведенных сличений БелГИМ получены следующие значения расширенной неопределенности: 2,2 ppm для значения емкости 10 пФ на частотах 1 и 1,6 кГц; 2 ppm для значения емкости 100 пФ на частотах 1 и 1,6 кГц (k=2, Р=95 %).

Заключение. Таким образом, в БелГИМ создан Национальный эталон единицы электрической емкости, способный хранить и передавать единицу электрической емкости с наивысшей точностью в Республике Беларусь, удовлетворяющей требованиям реальных потребителей. По конструктивному исполнению Национальный эталон соответствует современному международному уровню в области измерения электрической емкости и позволяет осуществлять метрологическое обеспечение всех эталонных СИ электрической емкости, которые эксплуатируются в РБ. В рамках расширенной неопределенности, полученной в ходе сличений, результаты БелГИМ совпадают с результатами других национальных метрологических институтов. На основании проведенных сличений БелГИМ получил возможность включить новые измерительные и калибровочные возможности в международную базу данных KCDB (Calibration and Measurement Capabilities – CMCs),

поддерживаемую Международным бюро мер и весов (BIMP).

Литературные источники

1.ГОСТ 8.381-80 Эталоны Способы выражения погрешностей

2.ГОСТ 6746-94 Меры электрической емкости Общие технические требования

3.ГОСТ 8.255-2003 Меры электрической емкости Методика поверки

4.Вострокнутов Н.Г. Электрические измерения. – М,: Высшая школа, 1966.

5.Отчет о выполнении научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы по созданию эталона электрической емкости. – 2010 г.

6.Draft B Report on COOMET Supplementary Comparison of Capacitance at 100 pF (COOMET.EM-S4).

T. Sosnovskaya

CREATION AND RESEARCH OF THE NATIONAL ELECTRIC CAPACITANCE

STANDARD

Belorussian State Institute of Metrology

Summary

The Republic of Belarus (hereinafter referred to as Belarus) is a country with a scienceintensive economy and advanced manufacturing complex, and electrical quantity measurement tools find a wide application in this country, particularly if we are speaking about measuring electric capacitance. In 2008-2010 the Belorussian State Institute of Metrology (hereinafter referred to as BelGIM) established the National Electric Capacitance Standard in order to set up production of the respective measurement tools and provide methodological support for them.

The National Electric Capacitance Standard consists of:

a set of reference equipment for storing the basic value of the electric capacitance unit and the tangent of loss;

701

a set of reference equipment for measuring electric capacitance using the substitution

method;

a set of reference equipment for the storage and transfer units with a nominal capacitance values from 1 pF to 10 mF and tangent of loss in the range of 1 to 1 ∙ 10-5;

ancillary equipment consisting of air conditioning systems, personal computers.

In 2009 BelGIM took part in the COOMET Key Comparison of Capacitance at 10 pF (comparison indentifier COOMET.EM – K4) and COOMET Supplementary Comparison of Capacitance at 100 pF (comparison indentifier COOMET.EM – S4) was conducted in the framework of the project COOMET 345/UA/05/. After the official publication of the comparison study results and using the results of the measurements, BelGIM will plan to include the new measuring and calibration possibilities in the international database, KCDB, which is supported by the Bureau International des Poids et Mesures, BIMP.

Thus in BelGIM established the National Capacitance Standard, capable to store and transfer unit of electric capacitance with the highest accuracy in Belarus.

702

УДК 666.949:616.314

А.В. Сушкевич, Н.М. Шалухо

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛАСТИФИРУЮЩЕЙ ДОБАВКИ НА СВОЙСТВА СТОМАТОЛОГИЧЕСКОГО ЦЕМЕНТА ДЛЯ

РЕСТАВРАЦИИ ТВЕРДЫХ ТКАНЕЙ ЗУБОВ

Белорусский государственный технологический университет, Минск

Введение. К современным стоматологическим пломбировочным материалам предъявляется обширный комплекс требований. Они должны быть биосовместимыми, эффективными во влажной среде, нерастворимыми в тканях, в крови и внутриканальной жидкости, отверждаться в присутствии влаги, обладать хорошей адгезией к тканям корня зуба, высокой герметизирующей способностью и непроницаемостью для микроорганизмов, быть безусадочными. Наряду с клинической эффективностью, эти материалы должны обладать превосходными физико-механические и манипуляционные свойства: точно дозироваться и легко смешиваться, быть пластичными, иметь достаточное рабочее время (время от начала затворения до момента начала схватывания), оптимальное время отверждения и другие. Большинству перечисленных требований удовлетворяет современный класс цементов на основе алюминатов и силикатов кальция, предназначенных для реставрации твердых тканей зубов.

В настоящее время в Беларуси из этой группы материалов наиболее известными являются цементы «ProRoot MTA» фирмы «Dentsply» (США) и «Триоксидент» фирмы «ВладМиВа» (Россия). Однако опыт применения данных цементов показал, что например, «Триоксидент» не в полной мере удовлетворяет вышеперечисленным требованиям. Основными его недостатками являются низкая прочность, недостаточная пластичность и длительное время окончательного твердения (24 ч), что делает невозможным пломбирование корневого канала за одно посещение пациента.

Минералогический состав этих цементов представлен клинкерными минералами (трехкальциевый силикат, двухкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат), рентгеноконтрастным наполнителем (Bi2O3) и гипсом.

При затворении тонкомолотого порошка (смесь клинкера, рентгеноконтрастного наполнителя, гипса, пластификатора), проходящего через сито №0,08 без остатка с дистиллированной водой образуется удобная в применении паста, не теряющая пластичность в течение некоторого времени. Пластификатор предупреждает быстрое «подсыхание» пасты на пластине для смешивания. Отверждение стоматологического материала происходит аналогично портландцементу. После отверждения материал обладает низкой растворимостью (за 24 ч при температуре 37°С растворимость составляет 1,6%), высокой механической прочностью, хорошей биосовместимостью, а также обеспечивает герметичность закрытия и непроницаемость для микроорганизмов [1].

703

Целью работы явился синтез составов стоматологического цемента и исследование влияния поликарбоксилатной добавки в роли пластификатора на прочность цемента. Помимо оптимизации минерального состава, правильный выбор органических составляющих, в частности пластификатора, позволяет снизить необходимое количество воды для приготовления материала, что в свою очередь положительно влияет на прочностные характеристики.

Актуальность работы обусловлена отсутствием отечественного цемента такого назначения и высокой стоимостью указанных выше импортных аналогов.

Сырьем для получения стоматологического цемента служили следующие компоненты: кремния оксид аморфный марки «ч» по ГОСТ 9428 – 73; алюминия гидроксид квалификации «хч» по ГОСТ 11841–76; магний фосфорнокислый однозамещенный марки «ч» по ТУ 6-09-01-693-87, оксид висмута (III) марки «осч» по ТУ 6-09-1853-77, кальций углекислый марки «ч» по ГОСТ 4530-76 изм. 1-2, кальций фтористый марки «ч» по ГОСТ 7167-77.

Технологический процесс получения стоматологического цемента для реставрации твердых тканей зубов включал следующие основные стадии:

−дозирование исходных компонентов шихты и ее усреднение;

−прессование таблеток;

−обжиг в электрической печи;

– резкое охлаждение на воздухе; −помол с рентгеноконтрастным наполнителем;

– смешивание с поликарбоксилатной добавкой; − просев.

Цементы получали на основе клинкеров с содержанием исходных компонентов (мас. %): СаО – 75–85, SiO2 – 15–25, Al2O3 – 5–25. Помимо указанных компонентов для снижения температуры обжига цементного клинкера с 1450 до 1340 °С вводили минерализаторы CaF2, P2O5, Bi2O3, MgO в оптимальных количествах [2].

В работе использовали поликарбоксилатную добавку, состоящую из поликарбоксилатного эфира, замедлителя твердения, пеногасителя, взятых в определенных концентрациях.

Для исследования влияния поликарбоксилатной добавки на водоцементное отношение и прочность на сжатие синтезированных цементов готовили образцы по стандартным методикам [3]. Прочность на сжатие образцов испытывали в 3-х и 28-ми суточном возрасте после твердения в условиях 100% влажности и температуре 37 °С. Влияние количества вводимой поликарбоксилатной добавки на водоцементное отношение и прочность на сжатие испытанных образцов представлено в таблице 1.

Из приведенных результатов видно, что увеличение концентрации поликарбоксилатной добавки до 0,5% приводит к уменьшению водоцементного отношения до 0,2, а дальнейший ее рост практически не оказывает влияния. В свою очередь прочность образцов цемента возрастает с 14 до 57 МПа с увеличением вводимой добавки до 0,5%, а превышение концентрации вызывает

704

существенное снижение прочности.

Сравнение физико-механических характеристик полученного цемента с импортными аналогами (таблица 2) показало, что он находится на уровне лучшего зарубежного материала ProRoot MTA. Однако за счет введения пластифицирующей добавки удалось увеличить рабочее время на 5 минут.

Таблица 1 – Влияние количества добавки на водоцементное отношение и прочность цемента

Таблица 2 – Сравнительная характеристика разработанного цемента с импортными аналогами

Выпуск данного цемента позволит расширить линейку отечественных стоматологических материалов, производимых в ОАО «Гродненский НИПИ азотной промышленности и продуктов органического синтеза» («ГИАП», г. Гродно), что обеспечит импортзамещение.

Литературные источники

1 Кузьмин, Е. А. «Триоксидент» в помощь стоматологам / Е. А. Кузьмин, В. П. Чуев // Материалы в стоматологии, − 2005. − №3. − С. 112−113.

2 Кузьменков, М. И. Синтез клинкера для стоматологического цемента для пломбирования корневых каналов / М. И. Кузьменков, А. В. Сушкевич, Т. Н. Манак // Труды БГТУ, Серия III, выпуск XIX, Минск 2011. – С. 79–83.

3 ГОСТ Р 51059−97 «Материалы стоматологические для пломбирования корневых каналов зубов».

705

A.V. Sushkevich, N.M. Shalukho

INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF PLASTICIZER ADDITIVES ON THE PROPERTIES OF DENTAL CEMENT FOR HARD TISSUE DENTAL

RESTORATION

Belarusian State Technological University, Minsk

Summary

The paper indicated the relevance and purpose of the selected areas of research. Data of experimental studies on the composition and method of producing dental cement are presented. The influence of polycarboxylate additives on the main properties of the cement has been investigated (compressive strength, working time, time of final curing). It is established that this material is at level of best foreign analogues.

706

УДК 674.81

Н.А. Сычѐва, Е.В. Дубоделова, Т.В. Соловьѐва

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОПЛИВНЫХ ДРЕВЕСНЫХ ГРАНУЛ

Белорусский государственный технологический университет, Минск

В настоящее время технологии производства топливных древесных гранул (ТДГ) интенсивно развиваются и широко внедряются в различных странах мира. Развитию способствуют значительное повышение стоимости традиционных энергоносителей и возрастающие экологические требования к выбросам в окружающую среду от их сжигания. В связи с этим стало целесообразно внедрять новые технологии ТДГ в Республике Беларусь для использования гранул в энергетических целях.

Топливные древесные гранулы представляют собой глубоко переработанный и экологически чистый вид топлива. Чаще всего они представляют собой изделия цилиндрической формы, спрессованные методом экструзии из высушенного, предварительно измельченного, древесного сырья.

Известно, что Республика Беларусь обладает значительными запасами древесного сырья. Лесами занято 7,9 млн. га земель или 38,2 % ее территории с запасом корневой древесины 1,5 млрд. м3, что составляет 89 % от общего запаса насаждений [1]. Лесные ресурсы находят широкое применение в деревообрабатывающей и мебельной промышленности. В результате их переработки образуются древесные отходы, такие как опилки, щепа, некондиционная доска, обрезки и т.п. Поэтому проблема рациональной утилизации данных отходов является актуальной.

Известно, что страны с лесным потенциалом для решения этой проблемы активно внедряли технологии сжигания опилок, щепы и старой древесины. Однако быстро процесс прямого использования отходов лесопиления, деревообработки и переработки показал свои недостатки. Установлено, что для эффективного сгорания опилки и щепа должны быть сухими, что требует внедрения дополнительных технологических операций, производственных и складских площадей. При этом свежие опилки и щепа при хранении порой самовоспламеняются. В связи с вышесказанным альтернативой прямого использования древесных отходов стало изготовление и применение одного из разновидностей биотоплива - топливных гранул. Кроме того, новый материал обладал повышенной теплотворной способностью по сравнению с древесными отходами и не требовал дополнительных складских площадей. Процесс сгорания гранул проходит более эффективно и полно: снижается негативное влияние горения на окружающую среду; при хранении получаемый материал не обладает свойством самовоспламенения [2].

Проанализируем теплотворную способность ТДГ в сравнении с другими видами топлива (таблица 1).

707

Таблица 1. Теплотворная способность различных видов топлива

Как видно из таблицы 1 наибольшую теплотворную способность (диапазон варьирования 34752 – 42707 кДж/кг) имеют продукты нефтепереработки – мазут и дизельное топливо, а также природный газ. Однако эти виды топлива являются довольно дорогостоящими и их запасы ограничены. Высокие значения теплотворной способности характерны для каменного и древесного угля, которые составляют 30984 и 31403 Дж/кг соответственно. На территории Республики Беларусь эти виды полезных ископаемых также находятся в небольших количествах. На наш взгляд особое внимание следует уделить значению теплотворной способности при сжигании древесины в виде дров и топливных древесных гранул. В таблице показано, что теплотворная способность топливных гранул в 1,8 раза выше.

Таким образом, производство топливных гранул из отходов древесины является одним из перспективных направлений в биоэнергетике. Топливные гранулы можно производить не только из древесины, но и из торфа, соломы, жмыха и иных отходов сельского хозяйства. Следует отметить, что себестоимость топливных гранул достаточно низкая по сравнению с другими современными видами биотоплива. Это обусловлено простотой технологии их производства.

Анализ технологических схем получения топливных гранул показал, что они в основном состоят из следующих стадий: рубка древесных отходов, измельчение, сортирование, гранулирование. При этом наиболее важной технологической стадией получения ТДГ является процесс гранулирования. Его проводят в специальных кольцевых штампах (пресс-формах) вращающимися роторными вальцами. Вальцы впрессовывают в многочисленные отверстия-фильеры пресс-формы измельченное древесное сырье, после чего, срезанные с наружной стороны штампа специальным ножом гранулы охлаждают. При постановке на производство ТДГ необходимо, исходя из вида имеющегося древесного сырья и планируемой производственной мощности, выбрать оптимальную технологическую схему.

Основным показателем оптимальности варианта является количество энергии, расходуемой на производство топливных гранул. При этом должно выполняться условие, при котором энергия на производство должна быть ниже энергии, которую выделит гранулируемый материал при сжигании.

В связи с этим рассмотрим энергоѐмкость основных стадий производства топливных древесных гранул (таблица 2).

708

Таблица 2. Расход энергии операций производства топливных гранул

Как видно из таблицы 2 самой энергоѐмкой операцией является процесс сушки исходного древесного сырья. В зависимости от его влажности удельный расход энергии может достигать до 1111 Вт/кг, или 4000 кДж/кг. Поэтому при выборе технологической схемы необходимо учитывать вид древесных отходов (рисунок 1).

a б

а – из сухих отходов: I – сухие и мелкие стружки и опилки, II – сухие стружкиотходы, III – сухие мелкокусковые отходы, IV – сухие крупнокусковые отходы;

б - из сырых отходов: V – сырые опилки, VI – сырые крупнокусковые отходы, VII – дровяная древесина

Рисунок 1 - Расход энергии на производство древесных гранул в зависимости от влажности и вида древесного сырья

Как видно из представленных на рисунке диаграмм предпочтение следует отдавать сухим древесным отходам, имеющим небольшие размеры, т.е. стружке и опилкам. В этом случае расход энергии не превысит 100 Вт/кг.

Анализ литературных данных показал, что при организации производства ТДГ следует учитывать и породный состав древесного сырья. Главным образом предпочтение отдают хвойным породам, т.к. гранулы из лиственных пород имеют низкую стойкость к истиранию - 89%, против 98% [3]. Этот показатель важен при транспортировке и подаче гранул в котѐл для сжигания. Следует отметить, что получение топливных гранул из опилок мягколиственной

709

древесины протекает труднее, поскольку требуется более продолжительная обработка водой или паром перед подачей на гранулирование. Это объясняется тем, что в данной древесине лигнина меньше, чем в хвойной. Таким образом, гранулы, полученные из лиственной древесины, характеризуются пониженными показателями качества.

Установлено, что для повышения показателей качества гранул, поученных как из хвойных, так и из лиственных пород, используются два способа.

1. Совершенствование технологического процесса, в основном за счет установки дополнительного оборудования.

2. Введение дополнительных нетоксичных и химически активных энергетически ценных добавок, в случае использования сырья из древесины лиственных пород [4].

При реализации первого способа можно дополнительно устанавливать магнитный сепаратор, уловитель камней, молотковую мельницу, дополнительные фильтрующие сита на сортировку, более эффективные сушильные агрегаты. Хорошие результаты достигаются при проведении дополнительного увлажнения паром перед гранулированием. Этот способ является достаточно эффективным, но его использование дорогостояще [5].

Поэтому целесообразно уделить внимание второму способу. В лаборатории кафедры химической переработки древесины БГТУ были получены топливные гранулы из древесины лиственной породы с применением добавок - отходов химической переработки древесины: гидролизного лигнина и лигносульфонатов (таблица 3).

Таблица 3 - Показатели качества топливных гранул, полученных с применением добавок

Из таблицы 3 видно, что наиболее высокие значения предела прочности при изгибе образцов топливных гранул достигаются с применением гидролизного лигнина расходом 20% и лигносульфонатов расходом 5%. Прочность образцов составляет 6,3 и 4,2 МПа соответственно. Показатель зольности, при использовании этих добавок, входит в диапазон значений, удовлетворяющих СТБ 2027-2010.Введение в состав топливных гранул химически активных добавок, способных образовывать минимальное количество вредных газов и сохранять

710