автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.10, диссертация на тему:Влияние модифицирующего нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства полимерного волокнистого материала

На правах рукописи

СЛЕПЦОВА Салима Курмангалиевна

ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРУЮЩЕГО НЕТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЧ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНОГО ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА

Специальность 05.09.10 — Электротехнология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

12 ДЕК 2008

Саратов 2008

003457467

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Архангельский Юрий Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Коломейцев Вячеслав Александрович доктор технических наук, профессор Севостьянов Владимир Петрович Ведущая организация: ЗАО «Научно-производственный центр

«Алмаз-Фазотрон»», г. Саратов

Защита состоится «29» декабря 2008 г. в 13 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77, корп. 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан « И8 » ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Ю.Б. Томашевский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из наиболее перспективных направлений развития хлопкопрядильной отрасли является разработка технологий производства новых видов смешанной хлопчатобумажной ткани, сочетающей положительные свойства натуральных и химических волокон.

Применение поликапроамидных (ПКА) волокон в смеси с другими химическими или природными волокнами для текстильных материалов позволяет придать последним свойства, которые отсутствуют у ПКА нитей, или в максимальной степени использовать их специфические свойства.

Одним из важных направлений в текстильной промышленности является повышение комплекса технологических свойств нитей путём физической модификации. Однако существующие методы модификации текстильных материалов не в полной мере отвечают современным требованиям. Использование СВЧ электромагнитных колебаний с целью улучшения качества и придания специфических свойств текстильным материалам является новым перспективным направлением.

Предварительные исследования показали, что нетепловая (кратковременная) обработка полимерных материалов в СВЧ электромагнитном поле изменяет их физико-механические свойства. В то же время остается невыясненной специфика нетеплового действия СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства ПКА нитей. Поэтому исследования, направленные на разработку и оптимизацию технологии обработки ПКА нитей в СВЧ электромагнитном поле, являются весьма актуальными.

Целью работы является изучение возможности нетепловой модификации свойств ПКА нитей в СВЧ электромагнитном поле и разработка методов расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических модифицирующих установок.

Достижение этой цели потребовало решения следующих задач:

1) подтвердил, гипотезу о наличии нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства ПКА нитей;

2) исследовать влияние режимов СВЧ обработки на физико-механические свойства ПКА нитей;

3) разработать технологические рекомендации для процесса нетепловой модификации ПКА нитей в СВЧ электромагнитном поле;

4) разработать методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических установок для тепловой и нетепловой обработки ПКА нитей.

Методы и средства исследований. При решении поставленных задач теоретические и экспериментальные исследования опирались на основные положения СВЧ электротермии, физики и химии полимеров, технологию синтетических волокон.

В качестве технических средств при исследовании гипотезы о нетепловой модификации СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства ПКА нитей использовались современные приборы: СВЧ воздействие на ПКА нити осуществлялось в камере со стоячей волной, магнетрон работал на частоте 2450 МГц при мощности 700 Вт, время воздействия измерялось с помощью электронного секундомера, для измерения температуры нитей применялись термометр и набор термопар ТХК, массу нитей определяли на электронных весах.

Для проведения исследований нетеплового модифицирующего СВЧ воздействия на диэлектрики разработана модульная конвейерная СВЧ установка с регулировкой уровня мощности и продолжительности процесса.

В качестве технических средств определения физико-механических свойств использовались контрольные приборы и инструменты:

-разрывная машина РМ-3-1 (ГОСТ 381-72) для определения прочностных свойств ПКА нити;

- аналитические весы ВЛА-200-М (ЗЛГ) для определения массы ПКА нитей;

- двухлучевой оптический спектроанализатор на базе монохроматора МДР-23 для ИК спектроскопии ПКА нитей.

Научная новизна работы состоит в том, что проведено системное исследование нетеплового модифицирующего воздействия СВЧ электромагнитного поля на ПКА нити и предложены методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических модифицирующих установок. В частности:

- выявлен факт нетепловой модификации физико-механических свойств профилированных ПКА нитей с помощью СВЧ электромагнитных колебаний;

- обнаружено влияние ориентации образца в СВЧ электромагнитном поле на величину получаемого эффекта;

- установлена зависимость физико-механических свойств ПКА нитей от времени воздействия и напряженности СВЧ электромагнитного поля;

- предложены конструкции и методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических установок для СВЧ модификации ПКА нитей.

Практическая ценность работы заключается в разработке новой технологии модификации поликапроамидных профилированных нитей и в разработке конструкций рабочих камер СВЧ электротехнологических модифицирующих установок.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) при кратковременном (до 15 с) воздействии СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити, с частотой 2450 МГц при мощности до 200 Вт, не наблюдается повышение их температуры;

2) при нетепловом воздействии СВЧ электромагнитных колебаний физико-механические свойства ПКА нитей (фактическая разрывная нагрузка, линейная плотность, относительное разрывное удлинение, удельная относительная разрывная нагрузка, термическая прочность) зависят от времени модифицирующего воздействия СВЧ электромагнитных колебаний и от величины напряженности электрического поля электромагнитной волны;

3) нетепловое модифицирующее воздействие СВЧ электромагнитного поля на ПКА нити максимально при расположении нити в электромагнитном поле параллельно вектору Е.

Реализация результатов работы. Работа выполнена на основании плана научной работы ведущей научной школы России НШ - 9553.2006.8 (СГТУ).

Результаты диссертационной работы используются при чтении курса лекций по дисциплине «СВЧ электротермические установки и системы» для студентов специальности 14 06 05 - «Электротехнологические установки и системы» на кафедре «Автоматизированные электротехнологические установки и системы» СГТУ и в дипломном проектировании.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 5-й Меж-

дународной научной конференции «Электромеханика, злектротехполоши и электроматсриаловедение» (МКЭЭЭ-2003), г. Алушта, 2003 г., па 4-й Международной конференции молодых учёных и студентов «Актуальные проблемы современной науки», г. Самара, 2003 г., а также па научных семинарах кафедры «Автоматизированные элекгротехнологические установки и системы» С1ТУ (2002-2008 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы ангаром опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 120 наименований, приложения, содержит 166 страниц основного текста, в том числе 45 страниц с 51 рисунком и 13 страниц списка литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность, цель работы, решаемые задачи, методы исследования, научная новизна, научные положения, выносимые на защиту, реализация результатов работы, указаны апробация работы, структура и объем диссертации.

Первая глава «Влияние СВЧ электромагнитных полей на диэлектрические среды» посвящена сравнительному анализу влияния СВЧ элсктрома1 нитных колебаний (полей) на различные диэлектрические среды. Определены два йида воздействия электромагнитного поля на материалы и среды, такие как тепловое и нетепловое. Рассмотрены области наблюдения нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на среды.

Широкое распространение получили тепловые воздействия. Они используются в различных технологических процессах, таких, например, как нагрев и сушка. В то же время исследования, проведенные на молекулярном, клеточном, органном уровнях, показали, что, например, живые системы независимо от уровня их организации чувствительны к действию электромагнитных колебаний миллиметрового диапазона нетепловой интенсивности.

Исследования нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на небиологические объекты и органические объекты неживой природы носят фрагментарный характер. В настоящее время имеются сведения о возможности модификации свойств при нетепловой обработке в СВЧ электромагнитном поле таких материалов, как эпоксидные компаунды, смазочио-охлаждающие жидкости, вязкие смазки, применяемые в триботехнических парах. Эти сведения указывают на эффективность такого способа модификации свойств полимерных материалов. Подразделение нетеплового воздействия по назначению требует дополнительного уточнения, однако уже сейчас очевидно, что речь идет об изменении физико-механических и технологических свойств модифицируемого материала. -

Проведен анализ методов модификации полимерных материалов. Так, известны электрофизические методы воздействия на среду, которые, практически не вызывая нагрева, приводят к изменению ее физико-механических свойств (лазерное излучение) и даже к полной модификации вещества (ионизирующее излучение), а также физические и химические методы модификации полимерных материалов.

Необходимость технологий модификации полимерных волокон связана, в некоторых случаях, с многостадийностыо традиционных процессов, высокими энерго- и трудозатратами, экологической напряженностью производства.

Электрофизическая модификация полимерных волокон в СВЧ электромагнитном иоле, новизна которой заключается в нетепловой обработке нитей, стимулируется рядом причин:

■ интенсификацией процесса нетепловой обработки за счет объемного проникновения электромагнитной волны в материал;

я равномерностью воздействия СВЧ электромагнитного поля на материал;

я быстротой процесса воздействия;

» отсутствием загрязнения изделия в процессе обработки;

■ высокой точностью управления технологическим процессом благодаря возможности точного дозирования энергии СВЧ электромагнитных колебаний;

» экологически благоприятными условиями.

Вторая глава «Экспериментальные исследования влияния СВЧ электромагнитных колебаний на полимерный волокнистый материал» посвящена исследованию модифицирующего нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на фазико-механические свойства ПКЛ нити (волокна). Поликапроа-мйд является щзедставителем большой группы полимеров, называемых полиамидами. К важнемним свойствам, обеспечивающим широкое применение волокон на его основе, относятся прочность, удлинение, эластичность, устойчивость к многократному изгибу и исгиранию, стойкость к низким и высоким температурам.

Проведена проверка гипотезы о негепловом воздействии СВЧ элегсфомагаигаых колебаний на 11КА ниш белого цвета круглого сечения. Под нетепловым влиянием СВЧ электромапштных колебаний на объект' понимается кратковременное воздействие СВЧ элехстромалшгаого поля при фиксированном уровне СВЧ мощности, когда изменения температуры обьекха практически не происходит (не фиксируется).

СВЧ воздействие на образец проводилось в камере со стоячей волной на частоте 2450 МГц при мощности 700 Вт (рис.1). После СВЧ воздействия определялись прочностные свойства 11КА нитей но ГОСТ 381-72 с помощью разрывной машины РМ-3-1.

1 2 3 4 1 2 3 4

Рис.1. Схема расположения образца в СВЧ камере со стоячей волной: а — горизонтальное, б — вертикальное (1 •- СВЧ камера, 2 - балластная нагрузка, 3 - образец ПКА нити, 4-диэлектрическая подставка)

Исследования иоказали, что нстепловое воздействие СВЧ электромагнитных колебаний повышает ошосительнуга разрывную нш рузку 1IKA нитей но сравнению с нсоб-лучеиными в зависимости от времени обработки в среднем на 12 -15% (рис. 2. Здесь и далее зависимосш построены но средним значениям измеренной величины при десятикратном повторении измерений в одних и тех же условиях).

Через 7 и 30 дней с момента обработки 1IKA нитей в СВЧ электромагнитном поле контролировалась стабильность их прочностных свойств. Установлена незначительная релаксация удельной относительной разрывной нагрузки 1\ па 3-6 % (рис.2).

Исследования влияния ориентации образца а камере со стоячей волной на величину Рй показали, что СВЧ воздействие дает лучший эффект при вертикальном расположении образца 1£КА нитей, чем при горизонтальном (рис.3). Этот факт показывает влияние напряженности электрического ноля электромагнитной волны на модификацию свойств волокнистого полимера.

Таким образом, при проверке гипотезы о нстепловом воздействии СВЧ электромагнитных колебаний на IIKA нити:

- разработана методика обработки IIKA нитей в СВЧ электромагнитном поле;

- выявлен факт нетепловой модификации физико-механических свойста ПКА нитей с помощью СВЧ электромагнитных колебаний;

- установлена зависимость относительной разрывной нагрузки ПКА нитей от времени воздействия СВЧ электромагнитного поля при различной ориентации образца относительно вектора напряженности. Е электромагнитной волны;

- установлено, что модифицированные свойства ПКА нитей » течение месяца релаксируют незначительно.

Ра,сНЬшкс

г-

7-

{'

2D 13 60 120 1Вй

,сН1текс

2:

Рис.2. Влияние времени СВЧ обработки тсвч ПКА нитей на удельную относительную разрывную нагрузку Р0, измеренную: 1- сразу после обработки, 2 - через 7 дней, 3 - через 30 дней (исх. - без СВЧ облучения)

Для проведения детальных исследований модифицирующего СВЧ воздействия на диэлектрики, в том числе на полимеры, была разработана модульная

'ач-с

Рие.З. Влияние времени СВЧ обработки Тени ПКА нитей на удельную относительную разрывную нагрузку Р0> при различной ориентации в СВЧ камере со стоячей волной:! - горизонтальная, 2 - вертикальная

конвейерная установка СВЧ воздействия на исследуемые объекты с регулировкой уровня СВЧ мощности и продолжительности процесса (рис.4, 5).

Исследования на этой установке проводились при СВЧ мощности 100, 125, 150, 200 Вт, время облучения принимали 6 с (минимальное время обработки при максимальной скорости движения транспортной ленты), 8, 10, 12, 15 с.

Рис.4. Структурная схема модульной конвей- Рис.5. Модульная конвейерная установка СВЧ ерной установки СВЧ воздействия: 1 - элек- воздействия на исследуемые объекты с регули-тропривод, 2 ~ измеритель отраженной мощ- ровкой уровня СВЧ мощности и продолжи-ности; 3 - измеритель падающей мощности; тельности воздействия 4 — повороты; 5 - переменный аттенюатор; б — ферритовый вентиль; 7 - СВЧ генератор;

8 - источник питания СВЧ генератора;

9 — блок управления; 10 - измеритель прошедшей мощности; 11 - транспортная лента; 12 - рабочая камера

Исследования показали, что по сравнению с исходным образцом у образцов, прошедших нетепловую СВЧ обработку, на 2,5-13,9% увеличилась линейная плотность Тф (рис.б), на 2,7-10 % уменьшилась удельная относительная разрывная нагрузка Р0 обработанных в СВЧ электромагнитном поле ПКА нитей (рис.7), хотя фактическая разрывная нагрузка Рф при мощности 100 Вт и времени воздействия 8 и 10 с у модифицированных образцов выше, на 4,8-25 % увеличилось относительное разрывное удлинение ер, что свидетельствует об увеличении эластичности волокна (рис. 8).

Исследовалась зависимость времени с начала кондуктивного нагрева ПКА нити до её разрыва Тртрыш от параметров её нетепловой модификации (рис. 9). У модифицированных ПКА нитей время разрыва составляло от 149 до 720 с

и выше, что по сравнению с исходными образцами в 2,5-12 раз больше. Этот факт показывает, что у модифицированных ПКА нитей повышается термостойкость но сравнению с необлученными нитями.

Тф, текс

15 ttm,C

Рис.6. Зависимость линейной плотности ПКА нитей от времени облучения 1С1Ч .при СВЧ мощности: 1-100 Вт, 2-125 Вт,3-150Вт,4-200Вт (исх,-ПКА нить без СВЧ облучения)

65 60

15 (да,с

Рис.7. Зависимость удельной относительной разрывной нагрузки Р0 ПКА нитей от времени облучения /с5,, при СВЧ мощности: 1 -100 Вт, 2 - 125 Вт, 3 - 150 Вт, 4 - 200 Вт (исх. - ПКА нить без СВЧ облучения)

55

Т,

800 700 600 500 400 300 200 100

0 6 S 10 12 15 ¡свч,с

Рис.9. Зависимость времени разрыва Г ^ ПКА нитей от времени облучения tcu4 при СВЧ мощности: I - 100 Вт, 2 - 125 Вт, 3 - 150 Вт, 4 - 200 Вт (исх. - ПКА нить без СВЧ облучения)

0 6 8 10 12 15 1СВЧ,С

Рис.8. Зависимость относительного разрывного удлинения ер ПКА нитей от времени облучения 1СВЧ при СВЧ мощности: 1 -100 Вт, 2 - 125 Вт, 3 - 150 Вт, 4 - 200 Вт (исх. - ПКА нить без СВЧ облучения)

Исследования влияния ориентации образца в СВЧ электромагнитном поле относительно вектора напряженности Е проводились при мощности СВЧ 100 Вт, так как предварительные исследования режимов показали, что наилучшие значения контролируемых параметров были при этой мощности СВЧ.

Установлено, что при расположении нити параллельно вектору напряженности электрического поля Е при обработке 8-15 с наблюдается увеличение времени разрыва Тртрыю ПКА нити по сравнению с нитями, расположенными

перпендикулярно вектору напряженности электрического поля Е (рис.10).

При ориентации ПКА нити в СВЧ электромагнитном поле параллельно вектору напряженности Е разрывное удлинение ер увеличилось на 36,4-46,2% по сравнению с ер у нити, ориентированной перпендикулярно вектору напряженности Ё (рис.11), линейная плотность Тф больше на 4,2-12,7% (рис. 12),

фактическая разрывная нагрузка Рф больше на 2,4-9,2%, уменьшилась удельная относительная разрывная нагрузка Р0 (рис. 13).

800 700 600 5С0 400 300 200 100

Рис.10. Зависимость времени Тртр1Ма от времени облучения гсвч при кондуктив-ном нагреве при СВЧ мощности 100 Вт: 1 - параллельно вектору напряженности электрического поля Е, 2- перпендикулярно вектору напряженности электрического поля Е

15 'свч.с

33 31 29 27 25 23 21 19

исх

Рис.11. Зависимость относительного разрывного удлинения ер от времени

облучения 1СВЧ при СВЧ мощности 100 Вт: 1 - параллельно вектору напряженности электрического поля Е, 2 - перпендикулярно вектору напряженности электрического поля Е

10

12

И

Г^Ю-'.г/л

86 84 82 80 78 76 74 72

ИСХ

■— 7

10

12

15

Рис.12. Зависимость линейной плотности Тф от времени облучения 1сеч при СВЧ мощности 100 Вт: 1 - параллельно вектору напряженности электрического поля Е, 2 - перпендикулярно вектору напряженности электрического поля Е

Влияние нетеплового модифицирующего воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити было подтверждено исследованиями методом инфракрасной (ИК) спектроскопии. ИК спектры ПКА нитей измерялись с помощью двухлучевого оптического спектроанализатора, собранного на базе моно-хроматора МДР-23, в диапазоне 450-1610 нм.

Рй.гс/ текс 115

Рис.13. Зависимость удельной относительной разрывной нагрузки Р0 от времени облучения ¡сач при СВЧ мощности 100 Вт: 1 - параллельно вектору напряженности электрического поля Е , 2 - перпендикулярно вектору напряженности электрического поля Е

ИХ спектры показывают, что нетепловое СВЧ воздействие на ПКА нити приводят к структурным изменениям полимера. Результаты измерений коэффициента оптического пропускания у четырех образцов с разным уровнем воздействия СВЧ электромагнитным полем на частоте 2450 МГц приведены на рис. 14.

При исследовании влияния ориентации образца в СВЧ электромагнитном поле относительно вектора напряженности Е методом ИК спектроскопии при мощности СВЧ генератора 100 Вт наблюдались изменения, которые подтверждают влияние ориентации ПКА нитей относительно вектора напряженно-сти£ на физико-механические свойства (рис. 15).

На втором этапе исследозания нетеплового модифицирующего воздействия на ПКА нити СВЧ электромагнитных колебаний проводилось определение наилучшего режима нетепловой модификации.

Для определения технологического режима при экспериментальных исследованиях обычно предлагается использовать метод планирования эксперимента, который позволяет существенно сократить число опытов.

На основании данных предварительных экспериментов, характеристик исходных материалов и технических характеристик оборудования основными параметрами оптимизации были выбраны три фактора: Х[ - мощность СВЧ генератора, Вт; Х2 - время СВЧ воздействия, с; Х3 - ориентация нити в СВЧ электромагнитном поле параллельно или перпендикулярно вектору напряженности Е электрического поля электромагнитной волны.

В качестве выходных параметров выбраны показатели: У, - линейная плотность нити ГДтекс), ^-относительное разрывное удлинение ср (%), К,-удельная относительная разрывная нагрузка Р0 (гс/текс). Для оценки воспроизводимости данных была проведена серия экспериментов и для каждой серии вычислялось среднее арифметическое значение функции отклика

1 *

(/=1,2,...^,

л Ы

где к - число параллельных опытов, проведенных при одинаковых условиях; Ы-номер опыта. Кроме того, определялись дисперсии для каждой серии опытов

Коэф. ошич. пропускания образца (%)

0,2 Г

0,15

г

1'

Hi-

fS

1

F Д-1

чч-

■ ■Ч

тт •v. - ~ -

2?

45(1 650

850 1050 1250 1450

Рис.14. ИК спектроскопия ПКА нитей при СВЧ мощности: 1-без СВЧ облучения, 2-100 Вт, 3 -125 Вт, 4 -150 Вт, 5 - 200 Вт

Длина волны, нм

Коэф. оптич. пропускания образца (%)

ОД

0,15

0,05

ÍT"

Ii i

'I 1

-1 г A

-I -- s

— us /

* 4 ч t *f V

4 <J 1 Л u - -S f>

Рис.15. Оптический коэффициент пропускания полимерных нитей: 1 - без воздействия СВЧ электромагнитного поля, 2 - обработанный перпендикулярно вектору напряженности Е электромагнитной волны электрического поля, 3 - обработанный параллельно вектору напряженности Е электромагнитной волны электрического поля

Длина волны, нм

Воспроизводимость опытов оценивалась по критерию Кохрена Gp

maxi? G>=-T-S Gp<G,

}' i

где G - табличное значение критерия Кохрена.

Расчеты показали, что G^ =0,399, Gp = 0,311, (7^=0,583, причем

G = 0,516. Так как Gp )G, то условие воспроизводимости не выполняется.

Одной из причин плохой воспроизводимости модели являются погрешности, возникающие при контроле показателей технологического процесса. Погрешность в определении показателей зависит не только от точности измери-

тельного прибора, метода отбора проб, но и характера изменения свойств нити u объеме анализируемого материала, так как в производств химических волокон качество полученной продукции оценивается по небольшой части образцов, отобранных для анализа, результаты переносятся на весь объем анализируемой продукции.

Точная оценка качества исходного материала как продукта формования нити практически неосуществима, так как ото связано с необходимостью проведения анализа всей нити, что привело бы (например, при определении разрывных характеристик) к уничтожению всего наработанного продукта.

IIo этим причинам наилучший режим модификации ПКА пити определяли путем перебора варьируемых параметров.

При определении оптимального режима подбирать (варьировать) можно мощность СВЧ Р, частоту СВЧ генератора /, длительность модифицирующего

воздействия tC34 и ориентацию нити в электромагнитном поле.

Частота в наших исследованиях была выбрана / - 2450 МГц, подбор Р, 1СВЧ проводился для двух вариантов: нить ориентирована параллельно или перпендикулярно вектору напряженности электрического поля Е.

Эксперименты по определению диапазонов варьирования Р, ta,, проводились в первом случае при мощности СВЧ 100 и 200 Вт. Установлено, что для всех прочностных характеристик Рф, Р0, Тф, ер показатели при 200 Вт хуже, чем при 100 Вт для всех временных диапазонов СВЧ воздействия. В дальнейшем исследование физико-механических свойств ПКА нитей проводились при мощностях 100, 125, 150 Вт. Установлено, что стабильно наилучшие показатели для всех прочностных характеристик Рф, Р0, Тф, ер во всех временных диапазонах ta4 были получены при мощности 100 Вт.

Таким образом, оптимальный режим нетепловой модификации Г1КА нити с помощью СВЧ электромагнитных колебаний по наилучшим значениям фактической разрывной нагрузки Рф, удельной относительной разрывной нагрузки Р0, линейной плотности нити Тф, относительного разрывного удлинения кр I1KA нити при / = 2450 МГц следующий:

1) ориентация ПКА нити в СВЧ электромагнитном поле - параллельно вектору напряженности электрического поля Е;

2) генерируемая СВЧ мощность - 100 Вт;

3) напряженность электрического поля Е - 50,1+(1,9*25,9) В/см, в зависимости от контролируемой характеристики;

4) время воздействия СВЧ электромагнитных колебаний - 10 ¡ (0,5 + 4,4) с, в зависимости от контролируемой характеристики.

В третьей главе «СВЧ элекгротехиологическая установка модифицирующего воздействия на полимерный волокнистый материал» даны классификация и структурные схемы СВЧ электротехнологических установок модифицирующего воздействия, рассмотрены элементы структурной схемы этих установок и порядок их выбора, приведены разработанные в диссертации методы расчета СВЧ

рабочих камер для нагрева полимерных волокон и нетепловой модификации 1ПСА нитей.

При проектировании СВЧ электротехнологических установок модифицирующего воздействия СВЧ электромагнитных колебаний наибольшую проблему представляет расчет СВЧ рабочих камер, в которых СВЧ электромагнитные колебания взаимодействуют с модифицируемым объектом, причем рабочие камеры для нетеоловош воздействия - новый масс рабочих камер СВЧ электротехнологических установок.

Рабочая камера для СВЧ модификации полимерных волокон (нитей) может быть собрана на прямоугольном, коаксиальном или полосковом волноводах (рис. 16). Окончательный выбор между ними следует делать с помощью сопоставления затрат на их реализацию с учетом их электрических характеристик, то есть на основании технико-экономических расчетов.

Рис. 16. Способ транспортировки полимерного волокна в рабочей камере: а - на прямоугольном волноводе, б - на коаксиальном волноводе, в - на полосковом волноводе

При проектировании СВЧ рабочей камеры для нагрева полимерного волокна, например, перед его модификацией вытяжкой задают длину волны Я СВЧ генератора, начальную Та и конечную Тк температуры волокна, производительность О установки, диаметр с!, удельную теплоемкость с, плотность р, относительную диэлектрическую проницаемость е', тангенс угла диэлектрических потерь tgS волокна, как функции температуры.

Мощность СВЧ генератора можно рассчитать по соотношению

Р = ~Р ц

где к - коэффициент запаса на неучтенные потери; Р„ - полная СВЧ мощность, рассеиваемая в рабочей камере; 7 - КПД рабочей камеры по использованию СВЧ энергии, причем

а

б

в

-1,2, Р„ - +Р6„ , Р,„ = срзам,

полезп

Здесь Р„одезн - СВЧ мощность, идущая на нагрев полимерного материала; РВи ■■ СВЧ мощность, теряемая в балластной нагрузке; ЛГ = 7', - 7'0; 5 - площадь поперечного сечения полимерного материала в рабочей камере. Если Ь - длина щели п волноводе вдоль его оси

р =/> е2"'-

бн полечи^

и если 5 = 0,25ж/2, Сг ~ / /¡о6р; 1 - длина полимерного материала в рабочей камере, то

. 1.1

Ь = •—1п-

2 а 1 -ц

Здесь а - коэффициент затухания квази Ню волны в рабочей камере на прямоугольном волноводе (рис. 16 а) или квази Т-волны в рабочей камере иа коаксиальном (рис. 16 б) и полосковом (рис. 16 в) волноводах.

Если длина щели Ь неприемлемо велика, то вместо одной секции полном--, да рекомендуется использовать две или более секций с общей длиной, равной I, соединённых между собой поворотами с балластной нагрузкой в конце последней секции, причем число секций п в любом случае ии/Д/.

При проектировании рабочей камеры СВЧ электротехнологической установки для нетепловой модификации полимерных волокон задают длину волны Л СВЧ генератора, амплитуду напряженности электрического ноля Е0 электромагнитной волны, при которой наблюдается максимальное изменение контролируемого технологического параметра, допустимое отклонение ± ДЕ от значения Е0, при котором допустимое отклонение значения контролируемого параметра не превышает его заданного значения, время ¡сбр нахождения нити и СВЧ электромагнитном поле и допустимое отклонение от него ± А(обр, ориентацию нити

по направлению вектора Ё электромагнитного поля; производительность О установки.

Время пребывания нити в волноводе т = 10 / О,

где

Ь-в прямоугольном волноводе, 2(Д2 - Л,)-в коаксиальном волноводе, />-/-!> полосковом волноводе.

Если г ) +Л ¡обр, то это время может быть сокращено за счет уменьшения /0. При этом потребуется снизить мощность Р СВЧ генератора, то есть источник СВЧ энергии должен быть регулируемым. Если г (10бр + А 10(-п>, то требуется увеличить время пребывания полимерной нити в СВЧ электромагнитном поле, протягивая нить сквозь те же щели в волноводе п раз, причем

л = /«,С7//0.

Тогда длина щели в этом случае равна I, « ж/.

Если мощность СВЧ генератора выбрана так, чтобы в начале щели амнли-

худа была Е„ + АЕ„, а в конце щели Еа - АЕ0, то

Ьх и

Нсли (Ьг, то протягивание одной нити через одну и ту же щель п раз возможно. Нсли же ) Ьг, то нить надо пропускать через щели в меандровом волноводе с »шелом секций

то есть количество нитей, пронизывающих в этом случае меандровый волновод с N секциями, равно

Общая производительность установки в этом случае возрастает в п раз. При больших значениях С число секций может быть велико, а длина щели /.<«?. Это затруднение может быть преодолено с помощью секций с последовательным включением через ответвители дополнительных СВЧ генераторов.

В результате экспериментальных исследований, положенных в основу этой диссертации, решены следующие задачи:

- исследовано влияние СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства полшеапроамидных нитей;

- предложены методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических установок для модификации полимерных материалов и волокон.

Основные результаты работы и выводы из них сводятся к следующему:

1. Проведены систематические исследования нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити. Установлено следующее:

-• изменение температуры ПКА нитей при кратковременной обработке в СВЧ электромагнитном поле, при 1о6р < 15 с и мощности Р<,200 Вт, не происходит;

- наличие нетепловой модификации физико-механических свойств ПКА нитей с помощью СВЧ элеюромагаитаых колебаний;

- зависимость фактической разрывной нагрузки Рф, удельной относительной разрывной нагрузки Р0, линейной плотности Тф, относительного разрывно-

В каждой секции длина щели должна быть

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

го удлинения £ р и термической прочности ПКА нитей от времени воздействия и мощности СВЧ электромагнитного поля (напряженности электрического поля Е);

- при ориентации ПКА нити параллельно вектору напряженности Ё электромагнитной волны прочностные характеристики выше, чем при ориентации нити перпендикулярно этому вектору;

- подтвержден факт наличия нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити методом инфракрасной спектроскопии;

- изменения физико-механических свойств ПКА нитей после модификации в СВЧ электромагнитном поле сохраняются в течение длительного времени (не менее 30 суток).

2. Определен наилучший режим модификации ПКА нитей СВЧ электромагнитными колебаниями:

- ориентация ПКА нити в СВЧ элеюромагнитном поле - параллельно вектору напряженности электрического поля Е;

- генерируемая СВЧ мощность - 100 Вт;

- напряженность электрического поля Е - 50,1+(1,9^25,9) В/см, в зависимости от контролируемой характеристики;

- время воздействия СВЧ электромагнитных колебаний - 10+(0,5 *4,4) с, в зависимости от контролируемой характеристики.

3. Предложены методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических модифицирующих установок для тепловой и нетепловой модификации полимерных волокон.

Применение СВЧ электромагнитных колебаний для модификации ПКА нитей в текстильной промышленности позволяет улучшить качество ПКА нитей и изделий из них, а также увеличить срок их эксплуатации.

Основные положения диссертации опубликованы в печатных изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Слепцова С.К. Модификация волокнистого поликапроамида в СВЧ электромагнитном поле / С.К. Слепцова, В.А. Лаврентьев // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2006. - №4 (19). - С.144-147.

2. Слепцова С.К. Исследование поликапроамидных нитей в СВЧ электромагнитном поле / С.К. Слепцова, Д.М. Кульбацкий // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2007. -№4 (29). Вып. 2. - С. 140-143.

3. Слепцова С.К. Модификация поликапроамидных нитей в СВЧ электромагнитном поле / С.К. Слепцова, Д.М. Кульбацкий // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2007. - №4 (29). Вып. 2. - С. 143-147.

в других изданиях:

4. Морозова М.Ю. Модификация свойств поликапроамидных нитей с помощью СВЧ электромагнитного поля / М.Ю. Морозова, С.Г. Калганова, CiC. Слепцова // Электро- и теплотехнологические процессы: межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2003. - С.145-147.

5. Калганова С.Г. Влияние СВЧ электромагнитных колебаний на свойства поликапроамидных нитей / С.Г. Калганова, М.Ю. Морозова, С.К. Слепцова // Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение МКЭЭЭ-2003: труды 5-йМеждунар. науч. конф.: в2 ч. - Крым, Алушта, 2003. 4.1.-С. 62-66.

6. Слепцова С.К. Модификация физико-механических свойств поликапроамидных нитей под влиянием СВЧ электромагнитных колебаний / С.К. Слепцова, С.Г. Калганова, М.Ю. Морозова // Актуальные проблемы современной науки: сб. статей 4-й Междунар. конф. молодых учёных и студентов. Естеств. науки. Ч. 4-7. Секция: Физика - Самара: Изд-во СамГТУ, 2003. - С.125-127.

7. Слепцова С.К. Модификация химических волокон электромагнитным излучением СВЧ диапазона / С.К. Слепцова, С.Г. Калганова // Функциональные системы и устройства низких и сверхвысоких частот: межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2003. -С.115-117.

8. Калганова С.Г. Классификация СВЧ элекгротехнологаческих установок модифицирующего воздействия / С.Г. Калганова, С.К. Слепцова; Сарат.гос.техн. ун-т. -Саратов, 2004. - 11 е.: ил. 3. - Библиогр. 6 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 16.06.04, №1012-В2004.

9. Слепцова С.К. Негепловое модифицирующее воздействие СВЧ электромагнитных колебаний / С.К. Слепцова, С.Г. Калганова // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр.; под ред. А.И. Громыко, A.B. Сарафанова; отв. за вып. В .И. Ризуненко. - Красноярск ИПЦ КГТУ, 2004. - С. 272-274.

10. Калганова СГ. Установка для исследования модифицирующего СВЧ и теплового воздействия на исследуемые объект / С.Г. Калганова, В А Лаврентьев, С.К. Слепцова // Элементы и устройства систем низких и сверхвысоких частот: межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 2004. - С.33-36.

И. Слепцова С.К. Упрочнение электроизоляционного капрона в СВЧ электромагнитом поле / С.К. Слепцова, С.Г. Калганова // Электро- и теплотехнологаческие процессы и установки - 2: сб. науч. тр. - Саратов: СГТУ, 2005. - С.91-93.

СЛЕПЦОВА Салима Курмангалиевна

ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРУЮЩЕГО НЕТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЧ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНОГО ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА

Автореферат Корректор O.A. Панина

Подписано в печать 27.11.08 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд.л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 339 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в РИЦ СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Введение.

1. Влияние СВЧ электромагнитных полей на диэлектрические среды.

1.1. СВЧ диэлектрический нагрев.

1.2. Нетепловое и комбинированное воздействие

СВЧ электромагнитных колебаний.

1.2.1. СВЧ воздействие на млекопитающих.

1.2.2. СВЧ воздействие на микроорганизмы и клетки.

1.2.3. СВЧ воздействие на неживые полимерные объекты.

1.2.4. Механизмы нетеплового СВЧ воздействия.2В

1.3. Способы модификации полимерных материалов.

1.3.1. Физическая модификация.

1.3.2. Химическая модификация.

1.3.3. Электрофизическая модификация.

1.4. Выводы.

2. Экспериментальные исследования влияния СВЧ электромагнитных колебаний на полимерный волокнистый материал.

2.1. Классификация химических волокон.

2.2. Свойства полимерного волокнистого поликапроамида.

2.3. Проверка гипотезы о нетепловом воздействии

СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити.

2.3.1. Методика исследования.

2.3.2. Методика контроля свойств обрабатываемого объекта.

2.3.3. Результаты исследования.

2.4. Исследование влияния режимов обработки ПКА нитей в СВЧ электромагнитном поле на их свойства.

2.4.1. Установка СВЧ воздействия на исследуемые объекты.

2.4.2. Методика исследования.

2.4.3. Результаты исследования.

2.5. Выбор технологического режима нетепловой модификации объектов в нетепловом СВЧ электромагнитном поле.

2.6. Выводы.

3. СВЧ электротехнологическая установка модифицирующего воздействия на полимерный волокнистый материал.

3.1. Общие вопросы производства химических волокон.

3.2. Классификация и структурные схемы СВЧ установок модифицирующего воздействия.

3.3. Элементы структурной схемы

СВЧ электротехнологических установок.

3.4. Рабочие камеры СВЧ электротехнологических установок для модификации полимерных волокон.

3.5. Электромагнитные поля и волны в рабочих камерах СВЧ электротехнологических установок для модификации полимерных волокон.

3.5.1 Рабочая камера на прямоугольном волноводе.

3.5.2 Рабочая камера на коаксиальном волноводе.

3.5.3 Рабочая камера на полосковом волноводе.

3.6. Расчет рабочей камеры СВЧ для нагрева полимерных волокон.

3.7. Расчет рабочей камеры для нетепловой модификации полимерных волокон.

3.8. Выводы.

Традиционно электромагнитные колебания используются в таких областях науки и техники, как радиосвязь, радиолокация, радиоуправление, телевидение.

Изучение и освоение диапазона СВЧ электромагнитных колебаний требовали решения многих проблем, качественно отличных от тех, которые характерны для более низких частот. Значительный вклад в развитие и традиционное применение СВЧ электромагнитных колебаний внесли в нашей стране Б.А. Введенский, Л.Г. Аренберг, М.С. Нейман, Г.В. Кисунько, Н.Д. Девятков, В.И. Калинин и другие, разработавшие принципиально новые методы генерирования, усиления и передачи в диапазоне СВЧ.

В пятидесятые годы прошлого века в нашей стране и за рубежом появились первые работы по нетрадиционному применению энергии СВЧ электромагнитных колебаний (полей, волн). Большинство работ в первое время были посвящены их применению для термообработки пищевых продуктов: из-за объемного тепловыделения при СВЧ энергоподводе существенно сокращается время термообработки, улучшается качество продукции за счет сохранения тер-молобильных витаминов.

И.А. Рогов, И.И. Девяткин, Ю.С. Архангельский, В.А. Коломейцев, В.Г.Лысов, В.В. Игнатов и другие создали российскую школу СВЧ электротехнологов, разработали теорию, конструкции и исследовали характеристики установок СВЧ диэлектрического нагрева (СВЧ электротермических установок), создали методы математического моделирования реализуемых в них технологических процессов.

Позднее Н.Д. Девятков со своими сотрудниками показал возможность достижения определенного технологического эффекта при воздействии на обрабатываемый диэлектрик СВЧ электромагнитными колебаниями миллиметрового диапазона без существенного или заметного нагрева. Это направление представляет большой практический интерес, поскольку открывает принципиально новые возможности получения технологического эффекта, природа которого, по-видимому, остается до сих пор не исследованной.

По нашему мнению, представляет научный и практический интерес системное рассмотрение как теплового, так и нетеплового (специфического, низкоэнергетического) модифицирующего воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на диэлектрики. Такое исследование должно включать в себя общие методологические основы изучения этого модифицирующего воздействия, экспериментальное подтверждение наличия нетеплового эффекта в дециметровом СВЧ диапазоне, который сегодня разрешён к применению в электротехнологических установках.

Актуальность темы. Одним из наиболее перспективных направлений развития хлопкопрядильной отрасли является разработка технологий производства новых видов смешанной хлопчатобумажной ткани, сочетающей положительные свойства натуральных и химических волокон.

Применение поликапроамидных (ПКА) волокон в смеси с другими химическими или природными волокнами для текстильных материалов позволяет придать последним свойства, которые отсутствуют у ПКА нитей, или в максимальной степени использовать их специфические свойства.

Одним из важных направлений в текстильной промышленности является повышение комплекса технологических свойств нитей путём физической модификации. Однако существующие методы модификации текстильных материалов не в полной мере отвечают современным требованиям. Использование СВЧ электромагнитных колебаний с целью улучшения качества и придания^ специфических свойств текстильным материалам является новым перспективным направлением.

Предварительные исследования показали, что нетепловая (кратковременная) обработка полимерных материалов в СВЧ электромагнитном поле изменяет их физико-механические свойства. В то же время остается невыясненной специфика нетеплового действия СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства ПКА нитей. Поэтому исследования, направленные на разработку и оптимизацию технологии обработки ПКА нитей в СВЧ электромагнитном поле, являются весьма актуальными.

Целью работы является изучение возможности нетепловой модификации свойств ПКА нитей в СВЧ электромагнитном поле и разработка методов расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических модифицирующих установок.

Достижение этой цели потребовало решения следующих задач:

1) подтвердить гипотезу о наличии нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства ПКА нитей;

2) исследовать влияние режимов СВЧ обработки на физико-механические свойства ПКА нитей;

3) разработать технологические рекомендации для процесса нетепловой модификации ПКА нитей в СВЧ электромагнитном поле;

4) разработать методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических установок для тепловой и нетепловой обработки ПКА нитей.

Методы и средства исследований. При решении поставленных задач теоретические и экспериментальные исследования опирались на основные положения СВЧ электротермии, физики и химии полимеров, технологию синтетических волокон.

В качестве технических средств при исследовании гипотезы о нетепловой модификации СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства ПКА нитей использовались современные приборы: СВЧ воздействие на ПКА нити осуществлялось в камере со стоячей волной, магнетрон работал на частоте 2450 МГц при мощности 700 Вт, время воздействия измерялось с помощью электронного секундомера, для измерения температуры нитей применялись термометр и набор термопар ТХК, массу нитей определяли на электронных весах.

Для проведения исследований нетеплового модифицирующего СВЧ воздействия на диэлектрики разработана модульная конвейерная СВЧ установка с регулировкой уровня мощности и продолжительности процесса.

В качестве технических средств определения физико-механических свойств использовались контрольные приборы и инструменты:

- разрывная машина РМ-3-1 (ГОСТ 381-72) для определения прочностных свойств ГЖА нити;

- аналитические весы BJIA-200-M (3JIT) для определения массы ПКА нитей;

- двухлучевой оптический спектроанализатор на базе монохроматора МДР-23 для ИК спектроскопии ПКА нитей.

Научная новизна работы состоит в том, что проведено системное исследование нетеплового модифицирующего воздействия СВЧ электромагнитного поля на ПКА нити и предложены методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических модифицирующих установок. В частности:

- выявлен факт нетепловой модификации физико-механических свойств профилированных ПКА нитей с помощью СВЧ электромагнитных колебаний;

- обнаружено влияние ориентации образца в СВЧ электромагнитном поле на величину получаемого эффекта;

- установлена зависимость физико-механических свойств ПКА нитей от времени воздействия и напряженности СВЧ электромагнитного поля;

- предложены конструкции и методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических установок для СВЧ модификации ПКА нитей.

Практическая ценность работы заключается в разработке новой технологии модификации поликапроамидных профилированных нитей и в разработке конструкций рабочих камер СВЧ электротехнологических модифицирующих установок.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) при кратковременном (до 15 с) воздействии СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити, с частотой 2450 МГц при мощности до 200 Вт, не наблюдается повышение их температуры;

2) при нетепловом воздействии СВЧ электромагнитных колебаний физико-механические свойства ПКА нитей (фактическая разрывная нагрузка, линейная плотность, относительное разрывное удлинение, удельная относительная разрывная нагрузка, термическая прочность) зависят от времени модифицирующего воздействия СВЧ электромагнитных колебаний и от величины напряженности электрического поля электромагнитной волны;

3) нетепловое модифицирующее воздействие СВЧ электромагнитного поля на ПКА нити максимально при расположении нити в электромагнитном поле параллельно вектору Е;

Реализация результатов работы. Работа выполнена на основании плана научной работы ведущей научной школы России НШ - 9553.2006.8 (СГТУ).

Результаты диссертационной работы используются при чтении курса лекций по дисциплине «СВЧ электротермические установки и системы» для студентов специальности 14 06 05 — «Электротехнологические установки и системы» на кафедре «Автоматизированные электротехнологические установки и системы» СГТУ и в дипломном проектировании.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 5-ой Международной научной конференции «Электромеханика, электротехнологиии и электроматериаловедение» (МКЭЭЭ-2003) г. Алушта, 2003 г., на 4-й Международной конференции молодых учёных и студентов «Актуальные проблемы современной науки» г. Самара, 2003 г., а также на научных семинарах кафедры «Автоматизированные электротехнологические установки и системы» СГТУ (2002-2008 гг.).

Публикации. По результатам диссертационной работы автором опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 120 наименований, приложения, содержит 166 страниц основного текста, в том числе 45 страниц с 51 рисунком и 13 страниц списка литературы.

Основные результаты работы и выводы из них сводятся к следующему:

1. Проведены систематические исследования нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити. Установлено следующее:

- изменение температуры ПКА нитей при кратковременной обработке в СВЧ электромагнитном поле, при to6p < 15 с и мощности Р< 200 Вт, не происходит;

- наличие нетепловой модификации физико-механических свойств ПКА нитей с помощью СВЧ электромагнитных колебаний;

- зависимость фактической разрывной нагрузки Рф, удельной относительной разрывной нагрузки Р0, линейной плотности Тф, относительного разрывного удлинения sp и термической прочности ПКА нитей от времени воздействия и мощности СВЧ электромагнитного поля (напряженности электрического поля Е );

- при ориентации ПКА нити параллельно вектору напряженности Е электромагнитной волны прочностные характеристики выше, чем при ориентации нити перпендикулярно этому вектору;

- подтвержден факт наличия нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на ПКА нити методом инфракрасной спектроскопии;

- изменения физико-механических свойств ПКА нитей после модификации в СВЧ электромагнитном поле сохраняются в течение длительного времени (не менее 30 суток).

2. Определен наилучший режим модификации ПКА нитей СВЧ электромагнитными колебаниями:

- ориентация ПКА нити в СВЧ электромагнитном поле - параллельно вектору напряженности электрического поля Е .

- генерируемая СВЧ мощность - 100 Вт;

- напряженность электрического поля Е — 50,1+(1,9-^25,9) В/см, в зависимости от контролируемой характеристики;

- время воздействия СВЧ электромагнитных колебаний - 10+(0,5-^4,4) с, в зависимости от контролируемой характеристики.

3. Предложены методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических модифицирующих установок для тепловой и нетепловой модификации полимерных волокон.

Применение СВЧ электромагнитных колебаний для модификации ПКА нитей в текстильной промышленности позволяет улучшить качество ПКА нитей и изделий из них, а также увеличить срок их эксплуатации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате экспериментальных исследований, положенных в основу этой диссертации, решены следующие задачи:

- исследовано влияние СВЧ электромагнитных колебаний на физико-механические свойства поликапроамидных нитей;

- предложены методы расчета рабочих камер СВЧ электротехнологических установок для модификации полимерных материалов и волокон.

1. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ: в 2 т. / И.В. Лебедев. — М.: Высшая школа, 1970. Т. 1. - 439 е.; 1972. Т.2. - 375 с.

2. Пюшнер Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот / Г. Пюшнер. — М.: Энергия, 1968.- 311 с.

3. СВЧ энергетика в 3 т. Т.З. Применение энергии сверхвысоких частот в медицине, науке и технике / под ред. Э. Окресса. - М.: Мир, 1971. - 248 с.

4. СВЧ энергетика в 3 т. Т.2. Применение энергии сверхвысоких частот в промышленности / под ред. Э. Окресса. - М.: Мир, 1971. — 272 с.

5. Девяткин И.И. СВЧ генераторы промышленного применения / И.И. Девяткин // Доклады 1-го симпозиума по применению СВЧ энергии в отраслях пищевой промышленности. М., 1972. - С. 33-37.

6. Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов / И.А. Рогов. М.: Агропромиздат, 1988. - 325 с.

7. Архангельский Ю.С. СВЧ электротермия / Ю.С. Архангельский. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1998. — 408 с.

8. Архангельский Ю.С. Состояние и перспективы развития методов расчета СВЧ электротермических установок / Ю.С. Архангельский // Повышение эффективности пользования энергоресурсов Поволжья: сб. науч. тр. — Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1990. С. 132-140.

9. Коломейцев В.А. Диапазонные свойства установок СВЧ нагрева термопараметрических материалов на волноводах сложных сечений / В.А. Коломейцев, В.В. Яковлев // Радитехника. 1991. - №12. - С. 66-70.

10. Ю.Влияние электромагнитных полей сверхвысокого диапазона на бактериальную клетку / В.В. Игнатов, В.И. Панасенко, А.П. Пиденко и др. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1978. - 77 с.

11. П.Девятков Н.Д. Использование некоторых достижений электронной техники в медицине / Н.Д. Девятков // Электроника и техника. Сер. Электроника СВЧ. 1970.-№4.-С. 130-133.

12. Влияние СВЧ излучений на организм человека и животных / под ред.

13. Н.Р. Петрова. Л.: Медицина, 1970. - 230 с.

14. И.Долгополов Н.Н. Электрофизические методы в технологии строительных материалов / Н.Н. Долгополов. — М.: Изд-во лит-ры по строительству, 1971.-240 с.

15. М.Калганова С.Г. Создание научных основ модифицирующего нетеплового СВЧ воздействия на полимерные материалы / С.Г. Калганова // Вестник СГТУ. 2006. №4(19). - С. 98-102.

16. Высокочастотный нагрев диэлектриков и проводников / А.В. Нетушил, Б.Я. Жуховицкий, В.Н. Кудин, Е.П. Парини. -М.: Госэнергоиздат, 1959. -480 с.

17. Применение СВЧ энергии для нагрева пищевых продуктов // Электроника СВЧ. 1975. Вып.4 (135). - 37 с.

18. Диденко А.Н. СВЧ энергетика / А.Н. Диденко, Б.В. Зверев. - М.: Наука, 2000. - 264 с.

19. Архангельский Ю.С. Сверхвысокочастотные нагревательные установки для интенсификации технологических процессов / Ю.С. Архангельский, И.И. Девяткин. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1983. - 140 с.

20. Тамм И.Е. Основы теории электричества / И.Е. Тамм. М.: Наука, 1976. -616 с.

21. Хардман Л. Распределение частот электромагнитного спектра в условиях напряженного графика / Л. Хардман // Электроника. — 1972. — №20. — С. 30-32.

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

23. Архангельский Ю.С. Элементная база СВЧ электротермических установок / Ю.С. Архангельский, В.А. Воронкин. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003.-213 с.

24. Гай А.В. Применение электромагнитных колебаний в терапии / А.В. Гай //

25. ТИИЭР.- 1974. Т.62.-№1.-С. 66-93.

26. Исмаилов Э.Ш. К механизму влияния микроволн на проницаемость эритроцитов для ионов калия и натрия / Э.Ш.Исмаилов // Науч. доклады высшей школы. Серия Биологические науки. 1971. — №3. — С. 58-60.

27. Шванн Х.П. Воздействие высокочастотных полей на биологические системы: электрические свойства и биофизические механизмы / Х.П. Шванн, К.Р. Фостер // ТИИЭР. 1980. - Т.68. - №1. - С. 121-132.

28. Пресман А.С. Электромагнитные поля и живая природа / А.С. Пресман. — М.: Наука, 1968.-288 с.

29. Коренева Л.Г. О принципиальной возможности резонансного воздействия СВЧ колебаний на гемоглобин / Л.Г. Коренева, В.И. Гайдук // ДАН СССР. 1970. -Т.193. -№2. - С. 465-468.

30. Кицовская И.А. Исследование взаимоотношений между основными нервными процессами у крыс при воздействии СВЧ разной интенсивности / И.А. Кицовская // О биологическом воздействии сверхвысоких частот: сб. -М., 1960.-С. 75.

31. Кицовская И.А. Сравнительная оценка воздействия микроволн разных диапазонов на нервную систему крыс, чувствительных к звуковому раздражению / И.А. Кицовская // О биологическом действии электромагнитных полей радиочастот: сб. М., - 1964. - С. 39.

32. Тигранян Р.Э. Физико-техническая практика биологического эксперимента с СВЧ излучением / Р.Э. Тигранян. Пущино: Науч. центр биологических исследований АН СССР, 1985. - 130 с.

33. Пресман А.С. Нетепловое действие микроволн на ритм сердечных сокращений у животных. 1. Исследование действия непрерывных микроволн / А.С. Пресман, Н.А. Левитина // Бюллетень экспериментальнойбиологии и медицины. 1962. - №1. - С.41.

34. Пресман А.С. Нетепловое действие микроволн на ритм сердечных сокращений у животных. 2. Исследование действия импульсных микроволн / А.С. Пресман, Н.А. Левитина // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. -1962. №2. - С.39.

35. Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека / Б.А. Минин. М.: Сов. радио, 1974.-352 с.

36. Пресман А.С. Электромагнитные поля в биосфере / А.С. Пресман. М.: Знание, 1971.-64 с.

37. Панасенко В.И. Обладает ли'генетической активностью по отношению к микроорганизмам мощное электромагнитное поле дециметрового диапазона? / В.И. Панасенко // Радиобиология. 1988. - Т.28. - №5. - С. 701713.

38. Пяткин К.Д. Микробиология: с вирусологией и иммунологией / К.Д. Пяткин. М.: Медицина, 1971. - 352 с.

39. Мухина Н.А. Физиотерапия / Н.А. Мухина. М., 1940. - 85 с.

40. Френкель Г.Л. Действие УВЧ на инфекцию и иммунитет / Г.Л." Френкель // Электрическое поле ультравысокой частоты (ультракороткие волны) в биологии и экспериментальной медицине. — Л.: Медгиз; Ленингр. отд-ние, 1940.-74 с.

41. Смолянская А.З. Резонансные явления при действии электромагнитных волн миллиметрового диапазона на биологические объекты / А.З. Смо-лянская // Успехи современной биологии. 1979. - Т.87. - №3. - С. 381392.

42. Девятков Н.Д. Применение СВЧ электронных приборов и квантовых генераторов в народном хозяйстве / Н.Д. Девятков // Электроника и техника. Сер. Электроника СВЧ. 1967. - №11. - С. 3-13.

43. Пресман А.С. Электромагнитная сигнализация в живой природе (факты, гипотезы, пути исследований) / А.С. Пресман. — М.: Советское радио, 1974.-64 с.

44. Кулин Е.Т. Некоторые закономерности влияния электромагнитных полей

45. СВЧ диапазона на фагоцитарную функцию парамеций / Е.Т. Кулин, Е.И. Морозов // Вестник АН БССР. Сер. Биологические науки. — 1965. — 91 с.

46. Кулин Е.Т. Влияние дециметрового радиоизлучения на фагоцитарные функции одноклеточных / Е.Т. Кулин, Е.И. Морозов // ДАН БССР. — 1964. 329 с.

47. Пресман А.С. Действие микроволн на возбудимую систему парамеций / А.С. Пресман, С.М. Рапопорт // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1965. - №4. - С 11-14.

48. Heller J. A new physical method creating chromosomal aberration / J. Heller, A. Teixeria Pinto // Nature. - 1959. -P. 183.

49. Teixeria Pinto A. The behaviour of unicellular organisms in an electromagnetic field / A. Teixeria - Pinto // Exper. Cell. Res. - 1960. - P. 20.

50. Heller J. Effect of high freguency electromagnetic fields on microorganisms // J. Heller // Radio Electronics. - 1959. - p. 6.

51. Бецкий O.B. Волны и клетки / О.В.Бецкий, В.В.Кислов. М.: Знание, 1990.-64 с.

52. Калганова С.Г. Нетепловое действие СВЧ электромагнитных колебаний / С.Г.Калганова // Электро- и теплотехнологические процессы и установки: межвуз. науч. сб. / Сарат. гос. техн.ун-т. — Саратов, 2003. С. 5-11.

53. Лаврентьев В.А. Влияние СВЧ электромагнитного поля на процесс отверждения эпоксидных смол / В.А. Лаврентьев, С.Г. Калганова // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. Красноярск: Крас, гос. техн. ун-т, 2002. - С. 139-140.

54. Калганова С.Г. Влияние СВЧ электромагнитного поля на диэлектрические показатели смазочной среды / С.Г. Калганова // Элмаш — 2004: труды Междунар. симпозиума. Саратов, 2004. - С.24-28.

55. Гильманова В.А. Исследование влияния СВЧ электромагнитного поля на свойства полимеров / В.А.Гильманова // Технологические СВЧ установки, функциональные электродинамические устройства: межвуз. науч. сб.

56. Саратов: Сарат гос. техн. ун-т, 1998. С. 110-113.

57. Суминов В.М. Параметры трибологических систем в низкоэнергетическом лазерном поле / В.М. Суминов // тез. докл. Всерос. науч. техн. конф. Новые материалы и технологии: — М., 1997. - С. 5-6.

58. Суминов В.М. Влияние низкотемпературного лазерного поля на технические параметры смазочной жидкости / В.М. Суминов // тез. докл. Всерос. науч. техн. конф. Новые материалы и технологии: — М., 1997. - С. 6.

59. Суминов В.М. Интенсификация процесса пропитки материалов низкотемпературным лазерным полем / В.М. Суминов // тез. докл. Всерос. науч. техн. конф. Новые материалы и технологии: - М., 1997. - С. 8.

60. Суминов В.М. Влияние низкоинтенсивного лазерного излучения на физико-химические свойства растворов и жидкостей / В.М. Суминов // тез. докл. Всерос. науч. техн. конф. Новые материалы и технологии: — М., 1997.-С. 10.

61. Либезни П. Короткие и ультракороткие волны в биологии и терапии / П. Либезни // Л.: Биомедгиз, 1936. 54 с.

62. Романов В. И. Вопросы применения коротких и ультракоротких воли в медицине / В. И. Романов / Труды I Всесоюзного совещания врачей, биологов и физиков по вопросам применения коротких и ультракороткихволн (ВЧ и УВЧ) в медицине. М., 1940. - С. 3. (376 с.)

63. Дебай П. Полярные молекулы / П. Дебай. М. - Л.: ОНТН, 1931. - 247 с.

64. Прееман А.С. Вопросы механизма биологического действия микроволн / А.С. Пресман // Успехи современной биологии. 1963. — 161 с.

65. Kalant Н. Physiological harards of microwave radiation: a survey of published literature / H. Kalant // Canad. Med. Assoc. J. 1959. P. 81, 575.

66. Bash S. Changes on micromolecules produced by alternating electric field / S. Bash // Digest. Internat. Conf. med. Electronics. — 1961. — P. 1,21.

67. Bash S. Biological sensitivity to radiofreguency and microwave energy / S. Bash // Federat. Proc. 1965. - P.3, 24.

68. Суббота А.Г. Нетепловое действие микрорадиоволн на организм /

69. A.Г. Суббота // Военно-медицинский журнал. 1970. - № 9. - С. 39-45.

70. Счастная П.И. Действие электромагнитных волн сверхвысокой частоты на микроорганизмы / П.И. Счастная // Труды Харьковского мед. ин-та. -1957.-С. 15,239.

71. Счастная П.И. Влияние радиоволн СВЧ на кишечную палочку / П.И. Счастная // Труды Харьковского мед. ин-та. 1958. - С. 16,359.

72. Калганова С.Г. Применение нетеплового действия СВЧ электромагнитных колебаний для модификации поликапроамидных волокон / С.Г. Кал-ганова, М.Ю. Морозова // Электричество. 2004. - №5. - С.44-46.

73. Суминов В.М. Обработка смазочных веществ лазерным излучением /

74. B.М.Суминов // Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского. М.: 1998. - Вып. 1 (73). - С.228 -235.

75. Говарикер В.Р. Полимеры / В.Р. Говарикер, Н.В. Висванатхан, Дж. Шридхар; пер. с англ. М.Б. Лачинова. М.: Наука, 1990. - 396 с.

76. Сажин Б.И. Электрические свойства полимеров / Б.И. Сажин, A.M. Лобанов, О.С. Романовская. Л.: Химия, 1986. - 224 с.

77. Тюдзе Р. Физическая химия полимеров / Р. Тюдзе, Т. Каваи; пер. с яп. В.Н. Привалко. М.: Химия, 1977. - 296 с.

78. Кудрявцев Г.И. Полиамидные волокна / Г.И. Кудрявцев, М.П. Носов,

79. А.В. Волохина. М.: Химия, 1976. - 260 с.

80. Волокна из синтетических полимеров / под ред. Р.Хилла. М.: Изд-во иностр. лит., 1957. — 505 с.

81. Усольцева В.А. Технология производства химических волокон: учеб. пособие / В.А. Усольцева, Т.С. Семенова. Иваново. 1978. — 74 с.

82. Тараканов Б.М. Лазерный нагрев волокон в процессе их непрерывной обработки / Б.М.Тараканов // Химические волокна. 1996. - №3. — С.10-12.

83. Шейнкор Н.Л. Радиационная полимеризация в жидком состоянии / Н.Л. Шейнкор // Школа по радиационной химии полимеров. Ташкент, 1969. - С. 26-33.

84. Тараканов Б.М. Влияние у облучения на структуру и механические свойства нитей из поликапроамида / Б.М. Тараканов, Е.С. Громова, Ю.И.Соколов // Химические волокна. - 1998. - №2. - С.47-50.

85. Гранкин В .Я. Лазерное излучение / В.Я. Гранкин, Н.А. Танин, М.Т. Не-стеренко. -М.: Воениздат, 1977. 192 с.

86. Арутюнян Р.В. Воздействие лазерного излучения на материалы / Р.В. Арутюнян, В.Ю. Баранов, Л.А. Болыпов. -М.: Наука, 1989. 365 с.

87. Вольфсон С.А. Основные направления развития технологии полимерных материалов / С.А. Вольфсон, Г.И. Файдель. М.: Знание, 1980. - 60 с.

88. Влияние ионизирующего излучения на наследственность / под ред. Н.П. Дубинина. М.: Изд-во АН СССР, 1966. - 320 с.

89. Шарнина Л.В. Применение низкотемпературной плазмы при обработке текстильных материалов / Л.В. Шарнина, Б.Н. Мельников, И.Б. Блиниче-ва // Химические волокна. 1996. - №4. - С. 48-51.

90. Никифоров А.Л. Применение энергии высоких частот для активации процессов отделки и крашения текстильных материалов / А.Л. Никифоров, Б.Г. Мельников, И.Б. Блиничева // Химические волокна. 1996. - №4. — С.44-48.

91. Морыганов А.П. Разработка и освоение перспективных процессов облагораживания текстильных материалов / А.П. Морыганов, В.Н. Галашина, Э.А. Коломейцева // Техника и технология. — 2001, — №5. С. 31-34.

92. Студенцов В.Н. Пространственное разделение смолы и отверждающей системы в технологии армированных композитов / В.Н. Студенцов // Химические волокна. 1998. - №4. - С.33-36.

93. Морозова М.Ю. Физико-химические основы технологии модифицирования полимерных композиционных материалов / М.Ю. Морозова, С.Е. Ар-теменко, Т.П. Устинова // Химические волокна. 1998. - № 4. - С. 7-17.

94. Вольф JI.A. Производство поликапроамида / JI.A. Вольф, Б.Ш. Хайтин. — М.: Химия, 1977.-207 с.

95. Морозова М.Ю. Модификация свойств поликапроамидных нитей с помощью СВЧ электромагнитного поля / М.Ю. Морозова, С.Г. Калганова, С.К. Слепцова // Электро- и теплотехнологические процессы: межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2003. С.145-147.

96. Свойства химических волокон и методы их определения / Э.А. Немченко, Н.А. Новиков, С.А. Новикова, Е.Ф. Филинковская. М.: Химия, 1973. -215 с.

97. ГОСТ 6611.2-73. Нити текстильные. Методы определения разрывной нагрузки и разрывного удлинения. Введ. 06.1982. — М.: Изд-во стандартов, 1982.6 с.

98. ГОСТ 6611.1-73. Нити текстильные. Метод определения линейной плотности (толщины). Введ. 06.1982. -М.: Изд-во стандартов, 1982. - 8 с.

99. Слепцова С.К. Модификация химических волокон электромагнитным излучением СВЧ диапазона / С.К. Слепцова, С.Г. Калганова // Функциональные системы и устройства низких и сверхвысоких частот: межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2003. С. 115-117.

100. Слепцова С.К. Упрочнение электроизоляционного капрона в СВЧ электромагнитном поле / С.К. Слепцова, С.Г. Калганова // Электро- и теплотехноло-гические процессы и установки — 2: сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2005. -С.91-93.

101. Валитов Р.А. Радиоизмерения на сверхвысоких частотах / Р.А. Валитов, В.Н. Сретенский. М., 1958. - 411 с.

102. Слепцова С.К. Модификация волокнистого поликапроамида в СВЧ электромагнитном поле / С.К. Слепцова, В.А. Лаврентьев // Вестник Саратовского государственного технического университета. — 2006. — №4 (19). — С. 144147.

103. Слепцова С.К. Исследование поликапроамидных нитей в СВЧ электромагнитном поле / С.К. Слепцова, Д.М. Кульбацкий // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2007. — №4 (29). Вып. 2. — С. 140-143.

104. Слепцова С.К. . Модификация поликапроамидных нитей в СВЧ электромагнитном поле / С.К. Слепцова, Д.М. Кульбацкий // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2007. - №4 (29). Вып. 2. -С. 143-147.

105. Ровенькова Т.А. Планирование эксперимента в производстве химических волокон / Т.А. Ровенькова. — М., Химия, 1977. — 175 с.

106. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. М.: Наука, 1976. -279 с.

107. Калганова С.Г. Классификация СВЧ электротехнологических установок модифицирующего воздействия / С.Г. Калганова, С.К. Слепцова; Са-рат.гос.техн. ун-т. Саратов, 2004. - 11 е.: ил. 3 — Библиогр. 6 назв. — Рус. -Деп. в ВИНИТИ 16.06.04, №1012-В2004.

108. Кишиневский Л.Н. и др. // Разработка серии магнетронов непрерывного генерирования для промышленного применения: тез. Докл. Конф. По электронной технике. М.: ЦНТИ ТЭИН, 1966. - С. 12-17.

109. Девяткин И.И. // СВЧ генераторы промышленного применения: докл. I симпозиума по применению СВЧ энергии в отраслях пищевой промышленности. -М., 1972. С. 33-37.

110. СВЧ энергетика: в 3 т. Т.1. Генерирование. Передача. Выпрямление / под ред. Э. Окресса. - М.: Мир, 1971. - 464 с.

111. Колесников Е.В. Системообразующие принципы проектирования и эксплуатации электротехнологического оборудования / Е.В. Колесников // Вестник Саратовского государственного технического университета. — 2006. — №1.-С. 83-90.

112. Колесников Е.В. Процедуры проектирования электротехнологических установок / Е.В. Колесников // Системы и функциональные устройства низких и сверхвысоких частот: сб. науч. Тр. Саратов: Сарат. гГос. Техн. Ун-т2005. -С. 90-92.

113. Калганова С.Г. Расчет рабочей камеры СВЧ электротехнологической установки для модификации полимерных волокон / С.Г. Калганова // Электричество. 2005. - №8. - С.52-54.

114. Архангельский Ю.С. Применение тонких поглощающих пленок в измерительной технике СВЧ / Ю.С. Архангельский, В.А. Коломейцев. Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 1975. - 207 с.

115. Егоров Ю.В. Частично заполненные прямоугольные волноводы / Ю.В. Егоров. -М.: Сов. Радио, 1967.-216 с.

116. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн / В.В. Никольский. М.: Наука, 1978. - 543 с.

117. Основы теории цепей / Г.В. Зевекс, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. -М.: Энергоатомиздат, 1989. 528 с.

118. Ефимов И.Е. Радиочастотные линии передачи / И.Е. Ефимов. — М.: Сов. Радио, 1964.-600 с.