Массоперенос в волокнистых высокопрочных полимерных системах тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ

На правах рукописи

ДЕДОВ АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ

МАССОПЕРЕНОС В ВОЛОКНИСТЫХ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ СИСТЕМАХ

Специальность 02.00.06 Высокомолекулярные соединения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

21 АВГ 2014

Москва - 2014

005551806

005551806

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова» (МГУП имени Ивана Федорова)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Назаров Виктор Геннадьевич

Дебердеев Рустам Якубович

доктор технических наук, главный научный сотрудник Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Коврига Владислав Витальевич

доктор технических наук, профессор, директор по науке и развитию ООО "Группа ПОЛИПЛАСТИК"

Чалых Анатолий Евгеньевич

доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина Российской академии наук

Открытое акционерное общество «Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова"

ее

Защита состоится v2S»?d/f/7lf&/?2014 года в /У часов на заседании диссертационного совета Д 002012.01 Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института химической физики им. H.H. Семенова Российской Академии Наук.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института химической физики им. H.H. Семенова Российской Академии Наук и на сайте -http://www.chph.ras.ru/dissovetl.html Автореферат разослан « j.» 2014 года.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук *

Т.А. Ладыгина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Иглопробивные нетканые полимерные материалы представляют собой высокопористые волокнистые тела с системой сообщающихся пор. Такая структура обеспечивает фазовую проницаемость газов и жидкостей, что является основой процессов фазового переноса, таких как фильтрация газов и жидкостей, а также сорбция жидкостей. Использование иглопробивных материалов в процессах переноса газов и жидкостей ограничено их низким сопротивлением растяжению и сжатию, которое в еще большей степени уменьшается при увлажнении материала или контакте с жидкостью. Растяжение материалов снижает эффективность фильтрации и уменьшает их сорбционную емкость, а при сжатии материала, как правило, уменьшается проницаемость.

Кроме того, эффективность фильтрации воздуха достигается при использовании материалов с относительно высокой поверхностной плотностью, которые не обеспечивают необходимую в большинстве случаев эффективность фильтрации. По сравнению с фильтрацией воздуха использование иглопробивных материалов для фильтрации воды приводит к снижению эффективности очистки. Высокая поверхностная плотность увеличивает аэродинамическое и гидравлическое сопротивление и приводит к снижению эффективности фильтрации. Улавливание твердых частиц в процессе фильтрации воздуха и воды происходит в объеме материалов, что ограничивает их регенерацию известными техническими методами и повторное использование.

Для поглощения различных жидкостей используется большое число иглопробивных материалов, отличающихся структурными характеристиками, составом и сорбционной емкостью. Иглопрокалывание не обеспечивает получение материалов с необходимым сопротивлением деформации и эффективностью фильтрации, для этой цели используются различные способы дополнительной обработки. Известные способы модификации структуры и механических свойств иглопробивных материалов приводят к снижению пористости, что влечет уменьшение проницаемости и сорбционной емкости. Анализ традиционных рецептурных и технологических подходов к модификации иглопробивных материалов показывает, что их возможности для получения высокопористых материалов с увеличенным сопротивлением деформации ограничены.

Таким образом, актуальность работы определяется необходимостью разработки научно обоснованных технологических решений, внедрение которых обеспечит получение высокопористых иглопробивных материалов с повышенным сопротивлением деформации в сухом и влажном состояниях. Цель работы. Разработка и научное обоснование технологических решений по формированию пористой структуры иглопробивных нетканых материалов из синтетических полимерных волокон, обеспечивающих реализацию комплекса физико-химических и эксплуатационных свойств в различных условиях процессов массопереноса.

Общие подходы к решению сформулированной проблемы связаны с применением синтетических полимерных волокон нового поколения и разработкой специального оборудования, нивелирующих в значительной степени рецептурные и технологические недостатки традиционных способоз обработки иглопробивных материалов.

Научная новизна диссертационной работы определяется установлением механизма деформации иглопробивных и модифицированных материалов, а также общих закономерностей процессов массопереноса в высокопористых волокнистых телах. Сформулированные научные и технологические проблемы решены при использовании материалов переменного состава, формирование пористости которых достигалось разнообразными способами модификации и применением волокон различной химической природы, разных размеров и формы.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы следующие основные научные вопросы:

- определение механизма деформации растяжения и сжатия иглопробивных материалов и его зависимость от состава, режимов иглопрокалывания и способа модификации;

- обоснование технологических основ получения высокопористого иглопробивного материала с увеличенным сопротивлением деформации сжатия и растяжения;

- определение закономерностей формирования пористой структуры нетканых материалов в зависимости от линейной плотности волокон, режима иглопрокалывания и различных видов обработки;

- моделирование влияния пористой структуры иглопробивных и модифицированных материалов на сопротивление деформации и проницаемость;

- оценка зависимости эффективности фильтрации воздуха и воды от пористой структуры иглопробивных и модифицированных материалов;

- оптимизация пористой структуры волокнистых сорбентов, обеспечивающая достижение максимальной сорбционной емкости;

- моделирование сорбционной емкости волокнистых сорбентов известной пористой структуры;

- определение одно- и многофазового переноса воздуха и воды в ворсованных иглопробивных материалах;

- определение влияния экспериментальных волокон на механические свойства и фильтрацию воды и воздуха иглопробивными материалами;

В диссертационной работе изложены научно обоснованные технологические решения формирования пористой структуры нетканых материалов с заданным комплексом физико - механических свойств, внедрение предложенных решений в производство вносит значительный вклад в развитие экономики страны и повышение обороноспособности. Научная новизна работы:

- предложены, сформулированы и научно обоснованы технологические решения, обеспечивающие изготовление материалов с увеличенным сопротивлением деформации при регулируемом формировании пористой структуры в

зависимости от условий процессов массопереноса, внедрение которых позволило получить значительный экономический эффект;

- реализован способ получения материалов с градиентом пористости по толщине и регулируемым формированием пористости в поверхностном модифицированном слое и объеме;

- предложен и обоснован механизм растяжения и сжатия иглопробивных нетканых материалов и его зависимость от эффективности прокалывания и технологии модификации;

- предложен параметр для оценки сопротивления растяжения и сжатия иглопробивных и обработанных материалов;

- разработана модель, связывающая сопротивление деформации растяжения и сжатия с пористостью иглопробивных и обработанных материалов;

- предложен механизм течения воздуха и воды в материалах, учитывающий дискретное распределение плотности упаковки волокон, и его зависимость от структуры, формируемой в процессе иглопрокалывания и модификации;

- разработана модель для прогнозирования воздухопроницаемости и водопроницаемости иглопробивных материалов, изготовленных из волокон различной линейной плотности, без большинства ограничений, присущих известным моделям аналогичного назначения;

- обосновано применение подхода д'Арси для прогнозирования скорости фильтрации воздуха в иглопробивных и модифицированных материалах и разработана модель для ее расчета;

- реализован способ, обеспечивающий в процессе фильтрации воздуха и воды накопление осадка на модифицированной поверхности материалов, что обеспечивает их регенерацию и повторное использование;

- разработана модель для прогнозирования сорбцнонной емкости нглопро-бивных и модифицированных материалов;

- исследована деформация ворса и предложен способ увеличения его сопротивления сжатию;

- исследованы и определены особенности процесса переноса воздуха и воды в ворсованных материалах из синтетических волокон;

- определены и оптимизированы физико-механические свойства иглопробивных материалов, изготовленных при использовании фибриллированного полипропиленового волокна.

Основные защищаемые положения.

- механизм растяжения и сжатия иглопробивных и модифицированных материалов различных способов производства;

- зависимость сопротивления деформации и проницаемости иглопробивных и модифицированных материалов от их пористой структуры;

- подход для описания деформационных характеристик иглопробивных и обработанных материалов с различными типами связей между волокнами;

- обоснование использования капиллярной модели для описания характеристик пор высокопористых волокнистых материалов;

- параметры для оценки сопротивления деформации иглопробивных и обработанных материалов и структуры пор волокнистых материалов;

- общий подход к описанию течения жидкостей и газов в низко- и высокопористых телах различной природы;

- закономерности фильтрации воды и воздуха в иглопробивных и модифицированных материалах с градиентом плотности по толщине;

- новый класс материалов, сочетающих высокую пористость с увеличенным сопротивлением деформации в сухом и влажном состояниях;

- механизм сорбции жидкостей материалами и его зависимость от пористой структуры и природы жидкости;

- волокнистой сорбент с оптимизированной структурой, обеспечивающей высокую сорбционную емкость;

- способы формирования заданной пористой структуры материалов при варьировании их состава и использовании различных способов обработки; -технологические принципы получения иглопробивных материалов с увеличенным сопротивлением растяжению и сжатию;

- способ получения многослойного материала с регулируемой пористостью в модифицированном слое и объеме;

- получение иглопробивных материалов при использовании новых фибрил-лированных волокон и свойства таких материалов.

Практическая значимость.

На базе ОАО «Монтем» (Московский завод нетканых материалов) внедрена разработанная автором технология модификации иглопробивных материалов (акты внедрения прилагаются). Налажен промышленный выпуск фильтрующих материалов и волокнистых сорбентов с увеличенным сопротивлением деформации в сухом и влажном состояниях. Требуемая эффективность фильтрации достигнута при использовании материалов пониженной поверхностной плотности, что уменьшает их аэродинамическое и гидравлическое сопротивление и, соответственно, стоимость фильтрующих материалов. Внедрен выпуск тепло и звукоизоляционных материалов для верха салона «Жигулей». Внедрен выпуск основы искусственной кожи для верха рабочей обуви (производство кожи на ОАО «Конфитекс» (г. Чехов, Московская область). Налажен выпуск основы для производства респираторов с пониженной температурой формования. Выпущена опытная партия радиопоглощающего материала. Выпуск волокнистых сорбентов для ООО «Тибет», использованных при изготовлении бонов для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды. Выпуск ворсованного материала для верха детской обуви. Общий выпуск разработанных материалов за период 2003-2011 г.г. составил от 15000 до 40000 м2 в месяц с высоким экономическим эффектом. Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 86 работ, из них 61 работа в изданиях, включенных в утвержденный Высшей аттестационной комиссией перечень рецензируемых изданий для опубликования результатов докторских диссертаций, получено 5 патентов РФ на изобретения. Результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на Международной конференции по химическим волокнам «Химволокна - 2000», ОАО «Тверьхимволокно», Российская инженерная академия, Тверь. 2000; Всероссийской конференции «Мембраны - 2001», г. Москва, 2001; междуна-

родной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС 2007)», Москва 2007; на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения». 2007. Димитров-град; 3-ем Московском фестивале науки. М. МГУДТ. 2008. Личный вклад автора. Автор определял направления исследований, проводил эксперименты, обосновывал методы исследований, анализировал полученные результаты и формулировал выводы. Экспериментальные результаты получены лично автором или при его непосредственном участии и руководстве. Автору принадлежат основные идеи опубликованных в соавторстве работ по теме диссертации, приведенных в автореферате.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, приложения и заключения, содержит 178 рисунков, 25 таблиц и библиографию из 261 наименований, изложена на 351 странице машинописного текста. Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования. Представлена научная новизна и практическая значимость работы.

Первая глава содержит аналитический обзор отечественной и зарубежной литературы по проблеме влияния пористости иглопробивных материалов на их механические свойства и процессы массопереноса. Определены задачи исследования процесса растяжения и параметры для его оценки. Выбор таких параметров зависит от требований стандарта. Отсутствует модель для прогнозирования сопротивления растяжению, известная модель для прогнозирования сопротивления сжатию имеет ограниченное использование. Стандартная оценка проницаемости иглопробивных материалов заключается в измерении расхода газа или жидкости при постоянном давлении. Предметом дискуссии является использование подхода д'Арси для прогнозирования скорости фильтрации воздуха в таких материалах. Для прогнозирования воздухопроницаемости используются модели с различными структурными параметрами. Не определен оптимальный структурный параметр модели или их комбинация, исключающие недостатки используемых моделей. Рассмотрены промышленные способы модификации механических свойств и структуры иглопробивных материалов. Отмечен эмпирический характер обоснования необходимого способа обработки. Не исследовано влияние обработки на формирование пористой структуры и процессы массопереноса. Вторая глава включает характеристики изучаемых объектов и методы исследований. В качестве объектов исследования использовали иглопробивные материалы из полиэфирных волокон (ПЭВ) 0,33, 0,6, 0,84 и 1,7 текс (ТУ 6-130204077-95-91, ОАО Могилевхимволокно, Белоруссия) и их смесок с биком-понентными волокнами (БКВ) 0,44 текс (Республика Корея). Состав смесок при отношении ПЭВ к БКВ как 93:7, 90:10, 85:15, 80:20, 70:30, 50:50 и 30:70. Структура БКВ-ядро из полиэтилентерефталата температурой плавления 250-270°С и оболочка из низкомолекулярного полиэтилентерефталата температурой плавления 110-120°С. Использовали материалы, изготовленные из

смесок ПЭВ с полипропиленовыми волокнами (ППВ) 0,6 текс (ТУ 2272-0075766624-93, Московский НПЗ). Содержание ППВ составляло 10, 20 и 30 %. Использовано новое ППВ, полученное методом фибрилляции полипропиленовой пленки толщиной 15 мкм. Ширина фибрилированного полипропиленового волокна (ФПВ) составляла 50 мкм, длина резки - 55 мм. Содержание ФПБ в смесках с ПЭВ составляло 30, 50 и 70%. Поверхностную плотность изменяли от 0,10 до 1,2 кг/м", объемную плотность - от 80 до 350 кг/м3.

Структурные и механические характеристики материала определяли по ГОСТ 15902.2-79 и 15902.3-79, соответственно. Для анализа распределения пор по размерам использовали метод Думанского-Острикова, связанной с определением высоты смачивания. Теплофизические характеристики волокон измеряли на дериватографе ДВ-1 (Венгрия) при массе навески 20 мг и скорости нагрева 3 °С/мин. Фильтрующие характеристики определяли с использованием безнасосной вакуумной установки при постоянном разрежении под фильтром 0,5 атм. Гранулометрический состав частиц, применяемых для искусственного загрязнения воды и воздуха, до и после фильтрации определяли при использовании автоматической системы анализа изображений «ВидеоТесТ». Воздухопроницаемость иглопробивных и обработанных материалов определяли по ГОСТ 12.088 - 77 «Материалы текстильные и изделия из них. Методы определения воздухопроницаемости». Испытания образцов проводили на приборе РР - 12/А (Венгрия) при переменном давлении воздуха до 200 Па. Водопроницаемость материала определяли на приборе Дор-НИИ по ГОСТ 29104.16-91 при использовании образца диаметром 50 мм. Давление водяного столба изменяли до 720 Па.

В третьей главе представлены результаты исследования механизма растяжении и сжатии иглопробивных материалов. Разработана модель структуры материалов, определяющая специфику механизма растяжения и сжатия. На основе механизма растяжения и сжатия впервые сформулированы технологические основы получения материалов с увеличенным сопротивлением деформации. Выполнен анализ традиционных способов модификации механических свойств иглопробивных материалов и их влияния на пористость. Предложен состав и технологический способ обработки, исключающий недостатки известных способов.

Согласно принятой модели (Гусев, Тюменев) иглопробивные материалы состоят из пучков, которые формируются при захвате волокон зазубринами игл, и волокон между ними. Часть волокон соединяет пучки и несет нагрузку (активные волокна), часть волокон не входит в состав пучков и не несет нагрузку (пассивные волокна). Модель используется для объяснения прочности при растяжении и не объясняет механизм растяжения и сжатия.

Предложена модель, согласно которой иглопробивные материалы рассматриваются как тело с неравномерной плотности упаковки волокон: пучки это участки с высокой плотностью упаковки волокон, между ними расположены участки с низкой плотностью упаковки. Введены принципиально новые элемента модели: зависимость прочности связей между волокнами от плотности их упаковки и зависимость растяжения от отношения между

прочностью связей и прочности волокон. Модель объясняет двух стадийное растяжение. Первая стадия является следствием перемещения волокон между пучками, прочность связей между которыми в межпучковом пространстве меньше прочности связей в пучках. После их переориентации нагрузка перераспределяется на волокна в пучках с началом второй стадии растяжения.

Из теоретического рассмотрения процесса растяжения сделаны выводы: первой стадия растяжения протекает без разрушения пучков. В пучках прочность связи может быть как меньше, так и больше прочности волокон. В первом случае, вторая стадия является следствием выскальзывания волокон из пучков, а ее развитие и разрыв протекают с их разрушением. В другом случае вторая стадия связана с удлинением волокон, разрыв которых приводит к разрушению материала при сохранении пучков. Для определения правомерности модели исследован процесс растяжения материалов (рис. 1) различной структуры и ее изменение на различных стадиях растяжения (рис.2).

удлинение, отн. ОЛ-

а> б) Рис.!. Зависимость напряжение-деформация в продольном (а) и поперечном (б) направлениях (1 -материал небольшой поверхностной плотности и низкой плотности прокалывания; 2- небольшой поверхностной плотности и высокой плотности прокалывания; 3- большой поверхностной плотности и низкой плотности прокалывания)

ШМЙНМ шяш

образец 1

образец 3

исходный образец удлинение 10% удлинение 50% удлинение 80% Рис.2. Боковая поверхность материалов I, 2 и 3 при различном удлинении

Первая стадия растяжения протекает с сохранением пучков. Увеличение протяжки полотна (образец 2) приводит к выпрямлению волокон, что отражается увеличением сопротивления первой стадии и снижением удлинения

при переходе ко второй стадии растяжения. Вторая стадия растяжения образцов 1 и 2 протекает с разрушением пучков, а для образца 3 - с их сохранением. Подтверждена правомерность применения предложенной модели для объяснения механизма растяжения.

Установлен механизм сжатия иглопробивных материалов. На начальной стадии сжатия увеличивается плотность упаковки волокон поверхностного слоя. Дальнейшее сжатие зависит от эффективности прокалывания. При низкой эффективности сохраняется ориентация волокон в плоскости полотна, и сжатие приводит к выравниванию плотности упаковки волокон по толщине. При высокой эффективности формирования пучков нагрузка распределяется на них, а сжатие является следствием их деформации.

На основании предложенного механизма сжатия и растяжения впервые сформулированы технологические основы получения материалов с увеличенным сопротивлением деформации, которые включают регулирование количества и прочности связей между волокнами в межпучковом пространстве. Для получения высокопористого материала впервые предложена послойная (градиентная) модификация, при которой регулирование количества и прочности связей достигается в поверхностном слое определенной толщины при сохранении или контролируемом изменении пористости в объеме.

В максимальной степени реализация предложенных технологических основ получения материалов с увеличенным сопротивлением растяжению и сжатию достигается при обработке на валковом каландре материалов из смески ПЭВ и ППВ. Деформация полотна в зазоре валов увеличивает количество связей между волокнами, прочность связей между ПЭВ возрастает при их фиксации между собой расплавом ППВ. Снижение пористости связано с усадкой полотна при уменьшении длины ППВ при нагреве и необходимостью обработки при высокой температуре и давлении.

Для замены ППВ впервые в составе иглопробивных материалов использовано бикомпонентное волокно (БКВ) типа ядро-оболочка. Постоянная длина

БКВ в тепловом поле исключает усадку, расплав оболочки БКВ увеличивает прочность связей между ними и ПЭВ.

Недостатки валкового каландра исключили применением оборудования (рис.З), в котором деформационно-тепловое воздействие достигается в зазоре между нагретым валом диаметром 1 м и транспортерной лентой.

Принудительная транспортировка полотна исключает вытяжку в зоне обработки и изменение пористости. Большой обхват полотна вала увеличивает время обработки, что позволило снизить температуру и давление, и достичь регулируемой глубины прогрева.

Рис.З. Схема устройства: I-нагретый вал; 2- транспортерная лента; 3- система подвижных валков для регулирования прижима материала к валу; 4-материал

Послойная модификация достигается при содержании БКВ более 30% (рис.4). Реализована обработка материала из ПЭВ при 210-220°С (рис.5).

б) в)

Рис.4. Боковая поверхность модифицированного материала с 30% БКВ при скорости обработки 15 (а). 12 (б) и 2,5 (в) м/мин и температуре 160°С (М1:50)

а)

б)

Рис.5. Боковая поверхность модифицированного материала из ПЭВ поверхностной плотностью 200 (а) и 600 (б) гм"2 (обработанная поверхность сверху, М 1:50)

При большой скорости обработки изменяется структура тонкого поверхностного слоя при ее сохранении в объеме (рис.4а). Значительная плотность модифицированного слоя отражает возрастание количества связей между волокнами. Снижение скорости увеличивает толщину модифицированного слоя (рис.46), формируется промежуточный слой с изменением формы и размеров пучков. При минимальной скорости пучки трансформируются в компактные образования (рис.4в), пространство между которыми заполнено волокнами. Для материалов из ПЭВ выравнивается плотность упаковки волокон поверхностного слоя и объема (рис.5). Предложенная рецептура и способ обработки обеспечивают полную реализацию технологических основ получения высокопористого материала с увеличенным сопротивлением деформации. Параметр для оценки сопротивления растяжению получен из зависимостей напряжение-деформация (рис.6).

0,2 0.4 0,6 0,8 деформация, %

0,2 0,4 0.6

деформаш!Я. %

Рис.6. Зависимость напряжение-деформации в поперечном (а) и продольном (б) направлениях иглопробивного материала (1), материала с 30% БКВ, обработанного нагретым воздухом (2) и предложенным способом (3) при температуре вала 180°С

Для обработанных материалов с БКВ процесс растяжения протекает в одну стадию (рис.6) и при увеличении напряжения. При деформационно-ц. ■» § жт тепловой обработке увеличивается число и прочность связей между волокнами. Увеличение числа связей является следствием возрастания плотности модифицированного слоя, а увеличение прочности связей достигается за счет вдавливания расплавленной оболочки БКВ в объем друг друга и вдавливание ПЭВ (рис.7). Практическое значение имеет прогноз сопротивления первой стадии растяжения, которое отражается начальным участком зависимости напряжение-деформация и описывается уравнениями общего вида: а=Еэе (1);

где £э-коэффициент размерности или условный модуль (МПа), используемый для оценки сопротивления материалов первой стадии растяжения. Установлена (рис.8-10) зависимость Еэ от удельного объема пор (Ум), равного истинному объему пор к единице массы образца.

Рис.7. Связь между ПЭВ и БКВ (М1:100)

0,6 0.8 10"УМ, м'кг''

10 Ум, м кг

Рис.8. Зависимость Е} от Кд/ иглопробивного материала из ПЭВ линейной плотностью 0,33 (о), 0,84 (о) и 1,7 (•) текс в продольном (а) и поперечном (б) направлениях

10

2 5

а)

б)

0,2

0,4

0.6

0.8

0,2 0,4 0,6

102УМ, м'кг"'

Рис.9. Зависимость Еэ от Ум обработанного материала из ПЭВ Ь=0,33 текс с поверхностной плотностью 0,2 (о), и дополнительной прокаткой (•), 0,3 (□) кгм-2 и дополнительной прокаткой (■), Ь=0,84 текс с поверхностной плотностью 0,22 (Д) и Ь=1,7 текс с поверхностной плотностью 0,6( & ) кгм~2 в продольном (а) и поперечном (б) направлениях

Рис.10. Зависимость Еэ от Ум обработанного материала с 10 (о), 20 (•). 30 (□) и 75 (■) % БКВ, в продольном (а) и поперечном (б) направлениях

Зависимости, представленные на рис.8-10, описываются уравнениями вида:

Еэ = Е,{1 - а,.Ум) (2)

где - Ег (МПа) и ау, ('кг/м" м ) - коэффициенты приведения.

Коэффициент а,- не зависит от содержания БКВ и определяется способом обработки. Для иглопробивных материалов из волокон различной линейной плотности в продольном и поперечном направлении «,=! 10, при обработке материалов с БКВ нагретым воздухом «[-=125 и при обработке на предложенном оборудовании «¡=150. Для обработанных материалов Е\ зависит от химической природы и содержания легкоплавких волокон (табл.1).

Табл. 1 Коэффициента £У материалов различного состава и разных способов обработки

Способ получения содержание, % £| Е,

ПЭВ БКВ ппв вдоль поперек

0,33* - - 0,47 1,0

иглопрокалывание 0.84* - - 0.95 1.9

1.7* - - 3,16 4,3

- - 7.5 16.5

обработка на пред- 90 10 - 39,0 60.7

ложенном оборудо- 80 20 - 68,1 120,5

вании 70 30 - 90.9 137.5

25 75 - 113,5 147,8

обработка нагретым 70 30 - 100 125

воздухом 80 20 - 67 45

обработка на валко- 50 - 50 30,0 8,0

вом каландре мате- 70 - 30 18,0 9,0

риалов с полипропи- 80 - 20 12,5 14,5

леновым волокном 85 - 15 15,0 12.0

90 - 10 10,0 10,0

* - линейная плотность ПЭВ;

** - для обработанных материалов из ПЭВ линейной плотностью 0,33, 0,84 и 1,7 текс.

При условии Ум—+0 из уравнения (2) вытекает, что Е,—>£;). В таком случае, параметр Еу отражает условный модуль материала, удельный объем пор

которого стремится к минимальной величине, достигаемой при прокалывании или обработке. Поэтому Еу является структурным параметром и определяет влияния состава материала на эффективность укладки волокон в процессе прокалывания или при использовании определенного способа обработки. Коэффициент аг отражает влияние единичного изменения объема пор на сопротивление растяжению, и является технологическим параметром, отражающий эффективность прокалывания или различных способов обработки. Параметры Еу и «, обеспечивают оценку влияния режимов прокалывания и эффективности обработки на пористость и сопротивление растяжению.

Исследовано влияние сжатия на проницаемость воды в иглопробивных материалах различной поверхностной и объемной плотности (табл.2). Анализ данных показывает зависимость проницаемости не только от деформации, но и от структуры. Для расчета использована зависимость относительной проницаемости от относительной толщины, которые рассчитали как отношение проницаемости или толщины под текущей нагрузкой к проницаемости или толщине под нагрузкой 5 кПа, которые приняли за единицу (рис. 11).

Табл.2. Структурные характеристики иглопробивного материала и коэффициент фильтрации воды_

№ и ю-1. кг/м" мм кг/м Толщина, мм, под нагрузкой, кПа Коэффициент фильтрации, м/сут, под нагрузкой. кПа

5 10 25 50 100 5 10 25 50 100

1 170 2,7 63,0 1.5 1,2 0.8 0,5 0,3 9,5 8,2 5.7 3,7 1.0

2 230 3,3 67,0 2,1 1.9 1.3 0.9 0,6 10,7 9,4 5,5 3,2 1.0

3 320 2.9 110.3 2.0 1,8 1.5 1.2 0,8 12,9 И.1 8,0 3,6 2,0

4 430 4.3 100,0 3,0 2,7 2,1 1,5 1,0 15,8 13,5 11,2 9.4 6.6

5 580 7,2 80,5 5,6 5,1 3,7 2,7 2.0 20,4 19,4 16,5 12,8 9.2

6 690 3,6 191,7 2,8 2,6 2,4 2.2 1,9 15,0 13.3 12,0 10,2 8.4

7 1300 12,2 106.6 10,3 9,1 7,0 5,6 4,4 27,1 19,6 13,7 6,1 3.8

о -.-.-. о -----•

О 40 80 120 о 40 80 120

Р0, кПа Р0, кПа

Рис.11. Влияние нагрузки на толщину (а) и коэффициент фильтрации (б) материала №1 (о), №3 (») и №6 (□) согласно табл.2.

£ 0,5

0 0,5 1

Рис.12. Зависимость коэффициента фильтрации от толщины материала №1 (с), №2 (■) №3 (•), №4 (Д), №5 (А >. №6 (о) и №7 (0) табл.2.

Сжатие материалов при равной нагрузке уменьшается с увеличением объемной плотности (рис.12). Процесс сжатия материалов различной структуры происходит в две стадии, на первой стадии достигается значительная деформация и ее снижение на второй стадии. Зависимости коэффициента фильтрации от нагрузки (рис.9) показывают, что изменение проницаемости деформированных материалов протекает в две стадии, которые соответствуют стадиям изменения толщины материалов под нагрузкой. Значительное снижение проницаемости наблюдается на первой стадии процесса сжатия и в меньшей степени на второй стадии. Увеличение сопротивления сжатию отражается более высокой проницаемостью деформированного материала, что наиболее характерно на второй стадии.

Для оценки влияния сжатия иглопробивных материалов на их проницаемость использована зависимость относительного коэффициента фильтрации от относительной толщины (рис.12). Прямо пропорциональная зависимость между изменением проницаемости и изменением толщины материалов различной структуры отражает общий механизм их сжатия, а также зависимость фильтрации воды от одного структурного параметра и его изменения в процессе сжатия. Однофакторная зависимость проницаемости от сжатия отражает уменьшение объема пор, которое происходит без изменения их формы.

Сжатие материалов, содержащих различные легкоплавкие волокна и полученных разными способами обработки, рассмотрено на рис.13. Деформация материалов зависит от химической природы легкоплавких волокон. Минимальное снижение толщины при равной нагрузке достигнуто для обработанных материалов с БКВ. Их использование исключает зависимость сжатия от способа обработки. По сравнению с иглопробивными материалами для обработанных материалов с БКВ снижается деформация первой стадии сжатия. Обработка материалов с различными легкоплавкими волокнами не изменяет двухстадийный механизм сжатия.

Для обработанного материала с Г1ПВ процесс сжатия зависит от способа обработки. При обработке нагретым воздухом деформация первой и второй стадии сжатия не отличается от деформации соответствующих стадий сжатия иглопробивного материала. Обработка материала такого состава на валковом каландре увеличива-

Р0. кПа

Рис. 13. Толщина от нагрузки обработанного (□)и обработанного нагретым воздухом (о) материала с 30% БКВ. соответственно (■) и (•) материала с 30 % ППВ и иглопробивного материала (Д)

ет деформации первой и второй стадии сжатия, которая превосходит деформацию использованного для обработки иглопробивного материала.

Для прогнозирования сопротивления сжатию иглопробивных материалов использован подход Матсудаира и Квина, согласно которому описывается линейный участок деформационных зависимостей, отражающий изменение толщины материалов на второй стадии сжатия:

сI

'Кг Р.

(3)

где (й^/аОс-деформация перехода от первой стадии сжатия ко второй стадии процесса; к^-коэффициент приведения, отражающий зависимость степени сжатия второй стадии процесса от единичной нагрузки (кПа)"1.

Эффективность модели ограничена условиями эксперимента и использованными материалами, которые отличались небольшим варьированием структурных характеристик. Расширена возможность модели для прогнозирования деформации материалов, что достигнуто установлением зависимости (рис.14) коэффициентов уравнения (3) от удельного объема пор. Зависимости коэффициентов уравнению (3) от удельного объема пор описываются уравнениями: (с/с/с/)с = 1,06-0,62 Ум (4)

ка= -0,0125 + 0,025 Ум (5)

Полученные уравнения, кроме прогнозирования зависимости сжатия иглопробивных материалов от удельного объема пор, обеспечивают анализ влияния пористости на различные стадии процесса. Граничные условия уравнений (4) и (5) включают: Ущ=0; 0,5>Ум>0; 1,7>^У>0,5; Ум >1,7. Значение Ум=0 отражает монолитный материал, который при данных величинах механического напряжения не деформируется. Сжатие такого материала отражается условием (с1с/с/)с=1, что близко к его расчетной величине, полученной из уравнения (4) при Кд/=0 и равной 1,06. При 0,5>УМ>0 сжатие связано с реализацией только первой стадии, что вытекает из условия ка>0, которое выполняется при У^>0,5 (рис.14 и уравнение 5). Условие Ум>0,5 отражает низкую пористость материалов, в которых в силу значительного трения между волокнами механическая нагрузка приводит к небольшому увеличению плотности упаковки. Условие 1,7>КД/>0,5 отражают структуру материалов, в котором процесс сжатия протекает в две стадии. Для условия Ум>\,7 вид зависимостей рис.14 показывает, что реализуется только второй стадии сжатия. В таких материалах волокна расположены на значительном расстоянии друг от друга и на первой стадии достигается их максимальная упаковка, после которой дальнейшее сжатие исключается.

м. м кг

Рис.14. Зависимости (с1,/сГ)с (о)

и кс (□) от удельного объема пор иглопробивного материала

Четвертая глава посвящена исследованию и моделированию зависимости фильтрующих характеристик иглопробивных и обработанных материалов от пористости. Выполнен анализ моделей для прогнозирования воздухопроницаемости и показаны их ограничения. Разработана модель для прогнозирования воздухо- и водопроницаемости, свободная от ограничений известных моделей. Обосновано применение линейного и нелинейного закона д'Арси для прогнозирования скорости фильтрации воздуха и воды. Определена зависимость параметров моделей от режимов прокалывания и обработки.

Выявлен переход от моделей для прогнозирования воздухопроницаемости (IV,дм с~ м~~) иглопробивных материалов с одним структурным параметром, таким как поверхностная (Е, кг/м2), или объемная (р, кг/м3) плотность, или коэффициент заполнения (£}, отн.ед.), к модели с двумя параметрами (Кострюков, 2006 г.), такими как Е,и толщины (с/, м). Уравнение Кострюкова И/=0,117(Е^)' использовали для прогнозирования ^ материалов с переменными значениями Е, и с/, что не полностью отражает формирование структуры в процессе прокалывания. При различной плотности прокалывания выполняется условие Е^=сот1 и из модели Цг=сот1. Зависимости относительной проницаемости от относительной толщины, при расчете которых проницаемость (IV,,) и толщина (с1„) материала при минимальной плотности прокалывания приняты за единицу, представлена на рис.15. Другим выводом является линейная зависимость №=?(сГ) при условии Е/=со>м/, что реализуется для многослойного материала, полученного сложением полотен (рис.16).

di/dO

Рис.15. Зависимости воздухопроницаемости от толщины иглопробивного материала из волокон 0,33 текс поверхностной плотностью 300 г/м (о) и обработанного материала из волокон 0,33 текс поверхностной плотностью 250 (ш) и 800 (•) г/м2 и материала из волокна 1,7 текс с поверхностной плотностью 550 (□) г/м2 при Efd-const

2000 т 1500

О

1000 S 500 0

0 5 10 15 ЮЧм

Рис.16. Зависимости воздухопроницаемости от толщины многослойного материала

из волокон 0,33 текс с поверхностной и объемной плотностью 130 г/м2 и 82,5 кг/м3 (о) и 300 г/м2 и 130 kt/mj (•) и материала из волокон 1.7 текс с поверхностной и объемной плотностью 550 кг/м2 и 167 кг/м3 (о) при Е,=const

Модель Кострюкова не отражает зависимость воздухопроницаемости от плотности прокалывания и ограниченно используется для прогнозирования воздухопроницаемости многослойных материалов с высокой объемной плотностью. При низкой объемной плотностью необходимо учитывать изменение

воздухопроницаемости при определенной толщине многослойного материала или при сложении определенного числа полотен. Теоретически обоснованы ограничения рассмотренной модели, связанные с зависимостью течения среды от структуры поверхностного слоя и ориентации волокон.

Выполнена оценка эффективности моделей с комбинациями £}, и с/ вида: 1¥=к,Е/', 1¥=к2Е, и №=к3Е, ~'с1. По значениям воздухо- и водопроницаемости из этих уравнений рассчитаны к, и установлена их зависимость от поверхностной плотности, которая не учитывалась в известной модели. Показана низкая эффективность моделей без учета поверхностной плотности. Наиболее оптимальными являются зависимости коэффициента (для воздуха к, и воды к,в) уравнения И/=к,Е/ ' от поверхностной плотности (рис.17,18).

о®Л

\

Ч Д.

\ о

Рис.17. Зависимости к, при фильтрации воздуха (о) и воды (□) от поверхностной

Рис. 18. Зависимости А/ от поверхностной плотности многослойного материала из во-

плотности иглопробивного материала при локон 0,33 текс при фильтрации воздуха (1) давлении фильтрации 49 Па и воды (2) при давлении фильтрации 49 Па

Для прогнозирования воздухо- и водопроницаемости иглопробивных материалов оптимальным является применение комплексного параметра, такого как (.Е/У1 (рис. 19 и 20).

3000

20 40 60 (Е,РГ',М!кг'

20 40 60 (адЛ м'кг"'

Рис.19. Зависимости воздухо- (а) и водопроницаемости (б) от комплексного параметра иглопробивного материала из волокон 0,33 (о), 0,84 (Д) и 1,7 текс (□) и многослойного материала из волокон 0,33 (•), 0,84 (А) и 1,7 текс (■) при давлении 49 Па

2500 2

2000 а) □

т *о

'я 1500 □ ск

"¡5 1

ч 1000 У'

500 X £

0 Щ&^-г—-г- 0

10 20

20 м2кг

40

Рис.20. Зависимости воздухо- (а) и водопроницаемости (б) от комплексного параметра обработанного материала из ПЭВ линейной плотностью 0,33 (о), 0.84 (□) и 1.7 (Д) текс при давлении фильтрации 49 Па

Зависимости на рис. 19-20 описываются уравнениями вида:

к.,,

Е, ^

(6)

где IV,- воздухо- или водопроницаемость, дм" м с ; к№- эмпирический коэффициент, (дм3 м " с"') м 2 кг, отражающий проницаемость материалов с единичным значением параметра (£/Р) ' и который используется для оценки влияния структуры на проницаемость (табл.3).

Таблица 3. Значения Ац для расчета воздухо- и водопроницаемости иглопробивного и об-

Материал Среда Ь, текс ки-

иглопробивной и 0,33 16,7

многослойный воздух 0,84 69,8

материал 1.7 40,0

иглопробивной и 0,33 0.030

многослойный вода 0,84 0.075

материал 1,7 0,075

обработанный иг- 0,33 20,4

лопробивной ма- воздух 0,84 65,5

териал 1,7 7,8

обработанный иг- 0,33 0,024

лопробивной ма- вода 0,84 0.055

териал 1,7 -

Выражение (6) является моделью, правомерность которой подтверждена экспериментальными данными, имеющей по сравнению с ранее разработанными моделями более широкие возможности для прогнозирования воздухо-и водопроницаемости иглопробивных, многослойных и обработанных материалов из ПЭВ. Максимальную воздухопроницаемость имеют иглопробивные материалы из волокон 0,8 текс, а водопроницаемость - из волокон 0,8 и 1,7 текс. Однако данный подход не эффективен для прогнозирования проницаемости модифицированных материалов с БКВ.

Линейная зависимость и=КР) воздуха для иглопробивных материалов выполняется при Р< 100 Па, или и<0,7 м/с, для обработанных материалов с БКВ-при Р<200 Па, или и<2,1 м/с. При фильтрации воды линейная зависимость сохраняется при значительном напоре. Отклонение зависимости и={(Р) от линейного вида связано со сжатием материала под действием потока воздуха, что уменьшает пористость. Увеличение сопротивления обработанных материалов с БКВ сжатию исключает уменьшение размера пор. Зависимости коэффициента проницаемости воздуха (КПР, .и") и воды (КВпр, м~) от удельного объема пор (Км м3кг"') иглопробивных и обработанных материалов различного состава представлены на рис.21.

fl.fl 0.2 (1.4 (1.6 (1-Я 1.0 1.2

Ю'Ум. м кг

10,оКвпр. м

10 Квпр. м"

0.Х 1.1! 1.2

102УМ, м'кг"1

Рис.21. Зависимости коэффициента проницаемости от удельного объема пор иглопробивного материала, изготовленного из волокон линейной плотности 0,33 (о), 0,84 (□) и 1.7 (Д) текс, и многослойного материала, изготовленного из волокон линейной плотности 0,33 («), 0,84 (и)

и 1,7 (А) текс при фильтрации воздуха (а) и воды (б) Зависимости коэффициента проницаемости от удельного объема пор иглопробивного (о) и обработанного материалов, содержащих 7 (о), 10 (Д) и 30 % БКВ с поверхностной плотностью 0,15 (•), 0,25 (в) и 0,40 (А) кг/м при фильтрации воздуха (в) и воды (г)

Проницаемость материалов зависит от фазового состояния среды и линейной плотности волокон. При фильтрации воды зависимость КВПР от VM иглопробивных материалов из волокон различной линейной плотности имеет линейный вид. При фильтрации воздуха аналогичный результат достигается для иглопробивного материала из волокон 0,33 текс. Для материалов из волокон увеличенной линейной плотности меняется вид зависимости КВПр от VM, что свидетельствует об изменении механизма течения воздуха в материалах с удельным объемом пор меньше 0,5хЮ'2 м3кг'.

Подход Д,Арси является эффективным для прогнозирования проницаемости не только иглопробивных, но и обработанных материалов различного состава (рис.21 в,г). Для обработанных материалов с поверхностной плотностью более 0,40 кг/м" проницаемость приближается к проницаемости иглопробивных материалов (рис.21.6). Такая зависимость отражает влияние толщины поверхностного модифицированного слоя на процесс фильтрации.

Моделирование нелинейной фильтрации связано с описанием зависимости давление-скорость фильтрации различными степенными функциями. Одним из вариантов степенной функции является уравнение Форгеймера, оценка эффективности которого для прогнозирования фильтрации воздуха исследована в работе. Из зависимостей давление-скорость определены эмпирические коэффициенты уравнения Форгеймера и рассчитаны сопротивление фильтрации (С/г) и коэффициент Рейнольдса (Re). Зависимость С,- от Re для иглопробивных и обработанных материалов в переходной области течения описывается уравнениями (7) и (8).

С/. =—^— + 0.065 (7) с,=МН + 0.0)2 (8) Re Re

Вязкостный режим течения воздуха или течение, которое подчиняется линейному закону Д'Арси, для иглопробивного (обработанного) материала наблюдается при Re< 1 (0,15), при этом CF приблизительно равен 0,065/Re (0,2/Re). Переходный режим фильтрации воздуха от ламинарного течения к турбулентному режиму происходит при условии \<Re<7 (0,15<Re<l,5), при этом CF рассчитывается по уравнению (7) и (8). Инерционный режим фильтрации воздуха наблюдается при Re>7 (7), при этом CF приближается к постоянной величине, равной 0,065 (0,01).

Определена зависимость коэффициентов уравнения Форгеймера (а и Ь) от структурных параметров иглопробивных материалов. Установлены оптимальные зависимости коэффициентов а и Ъ от объемной плотности. Такие зависимости позволили оценить определяющие проницаемость процессы формирования структуры материалов различной объемной плотности при игло-прокалывании и обработке.

Для обработанных материалов объемной плотностью менее 150 кгм 3 увеличивается только коэффициента а. Коэффициент Ъ остается постоянным и равен значению для иглопробивного материала. Такая комбинация коэффициентов а и Ъ отражает формирование структуры, которая увеличивает сопротивление фильтрации воздуха. Для обработанных материалов плотностью более 150 кгм-3 сопротивление фильтрации отражается уравнением с пере-

менными значениями коэффициентом а и Ь. Зависимость сопротивления фильтрации от такой комбинации коэффициентов а и Ь показывает, что в процессе обработки формируются структурные элементы, одновременно снижающие и увеличивающие сопротивление фильтрации. Для материала, содержащего 75% БКВ, значения коэффициента Ъ при различной объемной плотности обработанных материалов значительно меньше значений коэффициента а. Разность значений а и Ь показывает, что в процессе обработки формируются структурные элементы, увеличивающие проницаемость.

Фильтрующие характеристики оценены зависимостью относительного коэффициента полноты фильтрации (фотн) от поверхностной плотности (рис.22), фотн рассчитали как отношение текущего коэффициента полноты фильтрации к коэффициенту полноты фильтрации материала с минимальной поверхностной плотностью, равной 0,13 кгм", равного 0,31. Использовали зависимость коэффициента фракционной полноты фильтрации, отражающей минимальный размер улавливаемых частиц (рис.23).

0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 поверхностная плотность, кгм'2

Рис.22. Зависимости относительного коэффициента полноты фильтрации от поверхностной плотности иглопробивных материалов плотностью 100-180 кг/м3 (1), обработанных материалов плотностью 140 (2), 170 и 240 (3) г/м"1 и материала, обработанного нагретым воздухом (4) и плотностью 100-120 кг/м3

3 100 80 60 40 20 0

за ез

£ 2

у л

- 2

~ <и

ji

10

диаметр частиц, мкм

Рис.23.Зависимости фракционной полноты фильтрации материала с БКВ, обработанного в свободном состоянии нагретым воздухом (1), иглопробивного полотна (2), материала с ППВ, обработанного нагретым воздухом (3) и обработанного материала с БКВ (4) от диаметра частиц

Для обработанного материала с БКВ при /-'=0,35 кг/м2 улавливаются частицы более 5 мкм по сравнению с 20 мкм для иглопробивного материала при F=0,6 кг/м2. Эффективность фильтрации обработанных материалов зависит от объемной плотности, для иглопробивных материалов - от поверхностной плотности, что свидетельствует об изменении механизма фильтрации, и его переходе от улавливания частиц в объеме иглопробивных материалов к улавливанию на поверхности модифицированного слоя.

Исследована фильтрация воздуха и воды материалами из смесок ПЭВ и волокон (ФПВ), полученных фибрилляцией ПП пленки (рис.24).

Рис.24. Структура материала с 50% ФПВ: слева на право со стороны действия игл, с противоположной стороны и боковой поверхности ( М 1:10)

При варьировании режимов иглопрокалывания материалов с различным содержанием ФПВ сохраняется слоистая структура, формируемая на стадии получения волокнистого холста, что является следствием низкой подвижности ФПВ при их захвате зазубринами игл и ограничение ими подвижности ПЭВ. В плоскости материалов образуются пучки ФПВ, в объеме которых концентрируются ПЭВ. Другим фактором формирования структуры является мелкие фрагменты ФПВ, возникающими при их расщеплении иглами. При небольшом содержании ФПВ между их пучками достигается равномерное распределение ПЭВ, которые формируют непрерывную сетку. Увеличение содержания ФПВ приводит к значительной дискретности плотности упаковки ПЭВ между пучками и их объеме. Структура материалов обеспечивает высокую проницаемость воды и воздуха при больших значениях давления.

При фильтрации воды материалами с ФПВ, изготовленными при низкой плотности иглопрокалывания, улавливаются частицы диаметром менее 4 и более 15 мкм. Селективная фильтрация обусловлена уменьшением скорости движения воды на поверхности ФПВ, что приводит к «включению» диффузионного механизма осаждения мелких частиц. Для крупных частиц улавливание достигается за счет инерционного захвата, вклад которого увеличивается из-за формы ФПВ. Зависимость эффективности селективной фильтрации от плотности иглопрокалывания связана с сохранением формы и размеров ФПВ при действии на них игл. В то же время материалы с различным содержанием ФПВ имеют низкую эффективность фильтрации воздуха.

Методом Вострикова-Думанского по высоте смачивания иглопробивных и обработанных материалов спиртом исследовано распределение размеров пор (рис.25). По методике Воюцкого исследовано влияние химической природы легкоплавких волокон на формирование в процессе обработки сообщающихся и изолированных пор (рис.26).

Предложенный состав и способ обработки обеспечивает сохранение размеров пор, которые приближаются к размеру пор исходного иглопробивного материала. Использование ППВ приводит к уменьшению диаметра пор обработанных материалов, что является следствием уменьшения их длины при нагреве до температуры ниже температуры плавления и как следствием этого усадки иглопробивных полотен. По сравнению с ППВ использование в составе иглопробивных материалов БКВ снижает в процессе обработки долю изолированных пор.

WK/W„

150

диметра пор, мкм

Рис.25. Распределение пор по размерам иглопробивного (♦) и обработанного материала с 30 % БКВ (■) и 30 % ППВ (А)

объемная плотность, кгм"3

Рис.26. Зависимости отношения кажущего и истинного объемов пор от объемной плотности обработанных материалов с 10 (о), 30 (□) и 40 (Д) % БКВ и 20 (в) % ППВ

Для оценки пористости иглопробивных и обработанных материалов использовали расчетный способ, связанный с определением структурных коэффициентов в моделях для прогнозирования проницаемости пористых тел (модели Козени-Кармана и Хагена-Пуазейля). Модели связывают проницаемость с коэффициентом пористости и структурной характеристикой пор, в качестве которой используются или их средний диаметр (О, мкм) или извилистость (к, отн. ед). Решена обратная задача - по известной проницаемости рассчитаны характеристики пор и определена их зависимость от режимов прокалывания и обработки. Для оценки формирования пористости в процессе прокалывания и обработки предложено использовать зависимость извилистости пор от их среднего диаметра (рис.27).

Расчетные параметры пор иглопробивных и обработанных материалов зависят от фазового состояния среды, линейной плотности волокон, содержания БКВ и объемной плотности материалов. Зависимость параметров пор от объемной плотности проявляется при фильтрации воздуха и в меньшей степени при фильтрации воды. По сравнению с фильтрацией воздуха фильтрация воды протекает при уменьшении размера пор и увеличении их извилистости. Предложен механизм локального течения воды в порах между пучками волокон, отражающий неполное смачивание поверхности пор в пучках и сложность вытеснения из них воздуха. Течение воздуха происходит равномерно по всему объему материалов. Высокая извилистость порового пространства иглопробивных материалов небольшой поверхностной плотности отражает сложную траекторию движения потока при обтекании волокон, ориентированных в плоскости материала. При прокалывании материалов из волокон увеличенной линейной плотности извилистости пор снижается за счет переориентации волокон. Увеличение содержания БКВ в обработанных материалах приводит к снижению извилистости пор.

Рис.27.3ависимости извилистости пор от их диаметра для иглопробивного материала из волокна 0,33 текс объемной плотностью менее 100 (о). 100- 70 (•) и более 170 (ш) кг/м , и волокна 0,8 (Л) и 1,7 (□) текс, объемной плотностью более 120 кг/м3 при фильтрации воздуха (а) и воды (б), и для модифицированных материалов из ПЭВ (А ), содержащих 30 % БКВ (■) и 7 и 10 (□) % БКВ при фильтрации воздуха (в) и воды (г)

Пятая глава содержит результаты исследования процессов сорбции иглопробивными и обработанными материалами органических растворителей, нефти и нефтепродуктов. Исследована сорбция солей из растворов, аналогов жидких стоков гальванического производства. Определена структура иглопробивного материала, обеспечивающая максимальную сорбционную емкость. Выполнен анализ технологических подходов к оптимизации структуры, обеспечивающей комплекс сорбционной емкости и механических свойств. Предложен параметр для оценки сорбционной емкости и разработана модель для ее прогнозирования. Исследована кинетика сорбции солей из растворов и ее зависимость от химической природы волокон. Исследованы механические свойства иглопробивных и обработанных материалов при сорбции жидких углеводородов

Иглопробивные материалы используются, в основном, для удаления нефти и нефтепродуктов из воды. Не удалось обнаружить данных по эффективности применения иглопробивных материалов для сорбции органических растворителей. Исследовано влияние плотности пробивных на сорбционную емкость материалов, для оценки которой использовали стандартный пара-

метр сорбционной емкости (в, кг/кг), рассчитанный как масса поглощенной жидкости к массе сорбента (рис.28 и 29).

15 ю

* X

О 5 О

50

100 р. кгм'

150

50

100 150 р. кгм"

200

250

Рис.28. Зависимости сорбционной емкости Рис.29. Зависимости сорбционной емкости мате-материалов от объемной плотности при сорб- риалов от объемной плотности при сорбции гек-ЦИИ бензина («), керосина (♦) и веретенного сана (А), пропанола (и) и воды (♦)

масла (А)

Исследовано распределение жидкостей в материалах разной плотности (рис.30), и предложен механизм их сорбции и его зависимости от структуры материалов.

ацн

¡¡¡¡Р

шшШт

к) м)

Рис 30. Распределение жидкостей в иглопробивном материале объемной плотностью 80 (а.д), 110 (б,е), 130 (в,к) и 150 <г,м) кг/м3 при сорбции ацетона (а-г) и декана (д-м) М 1:10

Максимальная сорбционная емкость иглопробивных материалов из ПЭВ линейной плотности 0,33 текс достигается при /7=100-120 кг/м3. Отклонение объемной плотности в сторону ее увеличения или уменьшения от оптимальной величины приводит к снижению сорбционной емкости. Такая зависимость связана с влиянием объемной плотности, отражающей расстояние между волокнами, на механизм распределения жидкости в порах. При минимальной объемной плотности или значительном расстоянии между волокнами сорбция жидкости протекает при формировании на их поверхности адсорбционных оболочек. При увеличении объемной плотности или уменьшении расстояния между волокнами сорбционные оболочки трансформируются в пленки жидкости между волокнами, а при оптимальном расстоянии достигается слияние пленок и заполнение объема пор с достижением максималь-

ной сорбционной емкости. Дальнейшее увеличение объемной плотности приводит к снижению объема пор и уменьшению сорбционной емкости.

Механизм сорбции жидкостей иглопробивными материалами определяется отношением между энергиями адгезии жидкости к волокну и когезии жидкости. Разность таких взаимодействий определяет отношение между процессами смачивания поверхности волокон и формирования капель жидкости в пространстве между ними. Неполярные жидкости с низкой адгезией к полиэфирному волокну удерживаются между волокнами в форме капель, размеры которых зависят от расстояния между волокнами. Для полярных жидкостей с увеличенной адгезией к волокну, сорбционная емкость определяется смачиванием поверхности волокон и заполнением объема пор.

На основании зависимости объема сорбированной жидкости от удельного объема пор иглопробивных и обработанных материалов (рис.31) предложена универсальная модель, исключающая недостатки традиционных моделей.

60

50

2 40

* > 30

■с О 20

10

"•''А

Л

,

0.5

ю-уы

1.5

Рис. 31. Зависимость объема поглощенной жидкости от удельного объема пор материалов различного состава и разных способов изготовления (тип жидкости, состав и способ изготовления материалов представлены в таблице)

Состав материалов, % Способ изготовления материалов Сорбированная жидкость

ПЭВ ПЭВ ппв БКВ ПАНВ

0,33 т 1,7 т 0,68 т 0,44 т 0.68 т пропанол

о 65 35 - - - Иглопрокалыванис

• 70 - 30 - - Иглопрокалыванис

Л 70 - 30 - - обработка нагретым воздухом

А - - - - 100 Иглопрокалыванис

□ 65 35 - - - Иглопрокалыванис керосин

■ 100 - - - - Иглопрокалыванис вода

0 70 - 30 - - обработка нагретым воздухом вода

X 50 - - 50 Иглопрокалыванис вода

+ 50 - - 50 Иглопрокалыванис машинное масло

Влияние способа обработки на сорбционную емкость зависит от изменения структуры поверхностного слоя, в котором происходит концентрирование жидкости. При обработке материалов с БКВ нагретым воздухом снижается сорбционная емкость, что связано со снижением плотность их упаковки в модифицированном слое. Деформационно-тепловая обработка не изменяет

IbSII

структуру поверхностного слоя при БКВ меньше 10%. Прочность обработанных материалов с БКВ не изменяется при контакте с керосином. Шестая глава включает разработку способов получения ворсованных материалов с высокой устойчивостью ворса к действию механической нагрузки. Рассмотрена зависимость структуры ворса от технологии ворсования и структуры полотна. Обосновано применение обработки ворсованного материала нагретым воздухом, что исключает залегание ворса. Исследовано влияние режимов термостатирования материалов с различным содержанием БКВ на сопротивление сжатию ворса. Исследовано влияние структуры ворсованных материалов на эффективность фильтрации воздуха и воды.

Установлены закономерности формирования структуры ворса (рис.32) в зависимости от типа игл и конструкции транспортера для фиксации ворса.

Для процессов фильтрации воздуха и воды оптимальная структура ворсованного материала получена при использовании корончатых игл и щеточного транспортера. Плотность ворса зависит от комбинации поверхностной и объемной плотности иглопробивных материалов, варьирование которых регулируется ориентация волокон ворса, его высота и плотность. Плотность и высота ворса определяются поверхностной плотностью полотна, что связано с ее влиянием на вероятность захвата волокон зазубринами корончатых игл.

Требование сохранения ворса исключает деформационный способ обработки, что решено обработкой ворсованного материала с БКВ нагретым воздухом. Исследовано влияние термообработки на промышленном оборудовании, при котором нагретый воздух продувался через ворсованный материал, и в условиях термостатирования фиксированного образца, при проведении которого достигается конвекционный переноса нагретого воздуха через объем ворсованного материала. Увеличение сопротивления ворса сжатию зависит от содержания БКВ и режимов термостатирования (рис.33).

1

' * % - * - \

Рис.32. Поверхность ворсованного материала

нагрузка, кПа

нагрузка, кПа

нагрузка, кНа

а) б) в)

Рис.33. Влияние нагрузки на высоту ворса исходного материала (1) обработанного при 2 мин и температуре 150 (2), 175 (3), 200 (4) и 220 (5) °С при содержании БКВ 20(a), 35(6) и 75(в) %

Для материала с 20 % БКВ сопротивление ворса не зависит от температуры обработки. Максимальное сопротивление ворса достигается при температуре 150"С, а при увеличении содержания БКВ-175Т. При 75 % содержании БКВ достигается максимальное сопротивление ворса. При температуре больше оптимальной происходит уменьшение длины БКВ и высоты ворса из этих волокон, что отражается снижением сопротивления ворса сжатию.

Эффективность фильтрации воды и воздуха обработанным ворсованным материалом с 30 % БКВ представлена на рис.34. При фильтрации воздуха

улавливаются частицы более 8 мкм, при фильтрации воды-более 16 мкм. Эффективность фильтрации определяется различной скоростью течения воздуха и воды, влияющей на механизм улавливания частиц на поверхности волокон ворса. Эффективность фильтрации воздуха ворсованными материалами не зависит от содержания БКВ и режимов термостатирования и изменяется в пределах от 0,88 до 0,95 при улавливании частиц, 80% из которых имеют размер меньше 20 мкм, по сравнению с 0,5-0,6 для иглопробивных материалов. При фильтрации воды эффективность фильтрации зависит от состава материала и режима обработки (рис.35). Режимы термостатирования определяют степень регенерации ворсованного материала (рис.36).

D4, мкм

Рис.34.Состав пыли до фильтрации (I) и после фильтрации воздуха (2) и воды (3)

ср, отн.ед.

Кр, отн.ед.

СккВ) %

Сбкв> %

О 20 40

20 40 60

Рис.35. Влияние содержания БКВ на коэффициент полноты фильтрации воды ворсованным материалом, обработанным в течение 2 мин при температуре 150, 175 (•), 200 (о) общая зависимость (1) и 230 (■) °С зависимость (2)

Рис.36. Зависимости степени регенерации от содержания БКВ при фильтрации воды материалом, обработанным при 2 мин и температуре 150 (1), 175 (2) и 200 °С (3), обработанных воздухом (4) температурой 150 (□), 175 (•), 190 (о) и 200 °С (■)

Увеличение содержания БКВ при постоянной температуре обработки приводит к снижению эффективности фильтрации воды, что является следствием уменьшения высоты ворса при плавлении оболочки БКВ и его усадке. Увеличение эффективности фильтрации достигается при возрастании

температуры обработки с 150 до 175°С, дальнейшее ее повышение не влияет на эффективность фильтрации. Фильтрация воздуха и воды происходит в ворсованной части материала и ее эффективность определяется высотой ворса, что в максимальной степени проявляется при фильтрации воды. Улавливание частиц менее 8 мкм происходит на границе перехода к не ворсованной части материала, что связано со скачком градиента плотности упаковки волокон на границе перехода. Для материалов с высоким содержанием БКВ снижается эффективность фильтрации воды, что является следствием реализации в процессе обработки усадочных свойств БКВ и уменьшения высоты ворса.

выводы

1. В работе научно обоснованы технологические решения формирования пористой структуры волокнистых полимерных нетканых систем с улучшенными механическими свойствами, внедрение которых обеспечивает получение высокопористых иглопробивных материалов с увеличенным сопротивлением растяжению и сжатию при фильтрации газов и жидкостей. Разработанные научные основы модификации иглопробивных нетканых материалов обеспечивают получение материалов с целенаправленным формированием пористой структуры и с градиентом плотности по толщине. В модифицированном поверхностном слое при содержании бикомпонентного волокна более 30% возрастает количество и прочность связей между волокнами, при этом в объеме обработанного материала сохраняется пористая структура иглопробивного материала или достигается ее регулируемое изменение.

2. Комплекс физико-механических и эксплуатационных свойств модифицированных материалов, включающий повышенное сопротивление деформации и эффективность фильтрации при высокой водо- и воздухопроницаемости, реализуется целенаправленным регулированием пористой структуры модифицированного слоя и его толщины. Модифицированный поверхностный слой обеспечивает механические свойства материала и эффективность фильтрации жидкостей и газов.

3. Предложена модель, согласно которой иглопробивные материалы рассматриваются как тело с неравномерной плотностью упаковки волокон: пучки - это участки с высокой плотностью упаковки волокон, между ними расположены участки с низкой плотностью упаковки. Введены принципиально новые элементы модели: зависимость прочности связей между волокнами от плотности их упаковки и зависимость растяжения от отношения между прочностью связей и прочности волокон. Модель объясняет механизм двух-стадийной деформации.

4. Предложена модель для прогнозирования воздухо- и водопроницаемости фильтрующих материалов, основанная на зависимости фильтрующих характеристик иглопробивных и обработанных материалов от пористой структуры. Выполнен анализ моделей для прогнозирования воздухопроницаемости и показаны их ограничения. Обосновано применение линейного и нелинейного законов д'Арси для прогнозирования скорости фильтрации воздуха и воды. Определена зависимость модельных структурных параметров от режимов прокалывания и обработки. Обоснован переход от моделей для прогнозирования воздухопроницаемости иглопробивных материалов с одним структурным параметром, таким как поверхностная или объемная плотность, или коэффициент заполнения, к модели с двумя параметрами. Показано, что достоверное прогнозирование воздухо- и водопроницаемости иглопробивных материалов достигается при использовании модели, в которой в качестве структурного параметра применена комбинация поверхностной и объемной плотности. Линейный закон д'Арси приемлем для прогнозирования скорости фильтрации воздуха в иглопробивных и модифицированных материалах при

определенном его давлении. Отклонение зависимости скорость фильтрации -давление от линейного вида является следствием деформации материала и уменьшения пористости.

5. Предложен механизм локального течения воды в порах между пучками волокон, отражающий неполное смачивание поверхности пор в пучках и сложность вытеснения из них воздуха. Течение воздуха происходит равномерно по всему объему материалов. Высокая извилистость порового пространства иглопробивных материалов небольшой поверхностной плотности отражает сложную траекторию движения потока при обтекании волокон, ориентированных в плоскости материала. При иглопрокалывании материалов из волокон увеличенной линейной плотности извилистость пор снижается за счет переориентации волокон. Увеличение содержания БКВ в обработанных материалах приводит к уменьшению извилистости пор.

6. Для прогнозирования сорбционной емкости иглопробивных материалов оптимальной является модель с использованием отношения объема сорбированной жидкости к объему пор. Модель обеспечивает прогнозирование сорбционной емкости при поглощении жидкостей различной химической природы. Показано, что получение эффективных сорбентов с улучшенными механическими свойствами достигается при обработке материалов, содержащих 3-10% бикомпонентного волокна, объемной плотностью 90-110 кгм 3.

7. Установлены закономерности процессов сорбции иглопробивными и обработанными материалами органических растворителей, нефти и нефтепродуктов. Исследована сорбция солей из растворов, аналогов жидких стоков гальванического производства. Оптимизирована пористая структура иглопробивного материала, обеспечивающая максимальную сорбционную емкость. Выполнен анализ технологических подходов к оптимизации структуры, обеспечивающей комплекс сорбционной емкости и механических свойств. Установлена кинетика сорбции солей из растворов и ее зависимость от химической природы волокон. Определены механические свойства иглопробивных и обработанных материалов при сорбции жидких углеводородов.

8. Показано, что технологические проблемы переработки фибриллированно-го полипропиленового волокна решаются при использовании его смеси с традиционным полиэфирным волокном. Введение фибриллированного волокна является эффективным способом увеличения сопротивления сжатию. Снижение прочности при растяжении наблюдается при содержании фибриллированного волокна более 30%. Материал с фибриллированным волокном обеспечивает высокую эффективность фильтрации воды.

9. Разработаны способы получения ворсованных материалов с увеличенной устойчивостью ворса к действию механической нагрузки. Определены зависимости структуры ворса от технологии ворсования и от структуры полотна. Обосновано применение обработки ворсованного материала нагретым воздухом, что исключило залегание ворса. Исследовано влияние режимов термо-статирования материалов с различным содержанием БКВ на сопротивление сжатию ворса и влияние структуры ворсованных материалов на эффективность фильтрации воздуха и воды.

10. Установлены закономерности формирования структуры ворса в зависимости от типа игл и конструкции транспортера для фиксации ворса. Для процессов фильтрации воздуха и воды оптимальная структура ворсованного материала получена при использовании корончатых игл и щеточного транспортера. Плотность ворса зависит от комбинации поверхностной и объемной плотности иглопробивных материалов, варьирование которых регулируется ориентацией волокон ворса, его высотой и плотностью. Плотность и высота ворса определяются поверхностной плотностью полотна, что связано с ее влиянием на вероятность захвата волокон зазубринами корончатых игл. При использовании модифицированных материалов для фильтрации воздуха или воды достигается улавливание частиц размером более 7 мкм. Увеличение эффективности фильтрации реализовано при снижении поверхностной плотности материалов. Показано, что ворсованные материалы оптимально применять для фильтрации воздуха и менее эффективно для фильтрации воды. Модификация поверхностного слоя обусловливает преимущественную фильтрацию и улавливание частиц на поверхности материала. Модифицированный материал характеризуется более высокой регенерацией и эффективным повторным использованием.

11. Разработанные технологии защищены 5 патентами РФ на изобретения и внедрены на предприятии ОАО «Монтем» - Московский завод нетканых материалов с годовым экономическим эффектом 54 млн руб.

Публикации по теме диссертационной работы.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Дедов A.B., Бабушкин C.B., Платонов A.B., Назаров В.Г. Гетерокапилляр-ность нетканых холстов на различных стадиях их производ-ства//Химические волокна. 2001. №1. С.33-35

2. Дедов A.B., Бабушкин C.B., Платонов A.B., Кондратов А.П., Назаров В.Г. Сорбционные свойства нетканых материалов//Химические волокна 2001 №5. С.56-58.

3. Дедов A.B., Платонов A.B., Бабушкин C.B., Назаров В.Г. Фильтрующие свойства нетканого материала. Химические волокна. 2002. №4. С.57-59.

4. Дедов A.B. Аэродинамическое сопротивление иглопробивного фильтрующего материала//Химические волокна. 2003. №6. С.21-23.

5. Дедов A.B. Нетканый материал с низкой плотностью и высокой механической прочностью//Химические волокна. 2004. №2. С.37-39.

6. Дедов A.B. Влияние состава нетканого материала на его сорбционные ха-рактеристики//Химические волокна. 2004.№3. С.21-23.

7. Дедов A.B., Бокова Е.С. Влияние химической природы латекса на сопротивление истиранию пропитанного нетканого материала//Каучук и резина 2005. №3. С.22-23.

8. Дедов A.B., Бокова Е.С. Использование хлоропренового латекса для пропитки нетканого материала//Каучук и резина. 2005. №4. С.14-16.

9. Савельева Е.К., Дедов A.B., Бокова Е.С., Андрианова Г.П. Пористая структура термообработанных нетканых материалов//Химические волокна. 2005. №3. С.41-43.

10.Дедов A.B. Формирование пористой структуры иглопробивных материа-лов//Химические волокна. 2005. №3. С.43-45.

П.Фатеева С.Д., Бокова Е.С., Дедов A.B., Андрианова Г.П. Ворсованный нетканый материал с устойчивым ворсом//Химические волокна. 2005 №4 С.50-52.

12. Дедов A.B. Комплексный сорбент для поглощения нефтепродук-тов//Химия и технология топлив и масел. 2006. №1. С.53-54.

13.Дедов A.B. Компрессионные характеристики иглопробивных материа-лов//Химические волокна. 2006. №2. С.56-58.

14.Дедов A.B. Оценка воздухопроницаемости иглопробивных материа-лов//Химические волокна. 2006. №3. С.31-33.

15.Дедов A.B. Механические характеристики высокопористых систем. //Пластические массы. 2006. №4. С.33-35.

16. Дедов A.B. Оценка воздухопроницаемости иглопробивных материа-лов//Химические волокна. 2006. №6. С.23-25.

17.Дедов A.B. Моделирование скорости фильтрации воздуха в иглопробивных материалах//Химические волокна. 2006. №6. С.26-28.

18.Дедов A.B. Волокнистые сорбенты с увеличенной механической прочно-стью//Пластические массы. 2006. №6. С. 16-18.

19.Дедов A.B. Термообработка иглопробивных материалов//Химическая технология. 2006. №10. С. 16-18.

20.Дедов A.B. Ворсованные фильтрующие материалы//Пластические массы. 2006. №12. С.43-46.

21.Дедов A.B. Сорбционные характеристики иглопробивных и модифицированных материалов//Химические волокна. 2007. №1. С.41-43.

22.Дедов A.B., Александрова Ю.Н., Платонов A.B., Бокова Е.С., Назаров

B.Г., Андрианова Г.П. Механические характеристики ворсованных нетканых материалов//Химические волокна. 2007. №1. С.43-45.

23.Дедов A.B. Иглопробивные материалы с повышенным сопротивлением сжатию//Химические волокна. 2007. №5. С.34-36.

24.Назаров В.Г., Платонов A.B., Александрова Ю.Н., Дедов A.B., Журавлев Д.В., Бокова Е.С. Фильтрующие свойства ворсованных нетканых матери-алов//Химические волокна. 2007. №4. С.51-54.

25.Савельева Е.К., Бокова Е.С., Дедов A.B. Способы регулирования структурных свойств волокнистых нетканых материалов//Перспективные материалы. 2007. №5. С.72-77.

26.Дедов A.B. Моделирование скорости фильтрации воздуха иглопробивными и модифицированными материалами/Щластические массы. 2007. №6.

C.37-41.

27.Дедов A.B. Иглопробивной материал с увеличенной плотностью //Химическая технология. 2007. №8. С.356-359.

28.Савельева Е.К., Бокова Е.С., Андрианова Г.П., Дедов A.B. Свойства волокнистых нетканых материалов, содержащих бикомпонентные волок-на//Пластические массы. 2007. №10. С.42-44.

29.Дедов A.B. Механические характеристики модифицированных высокопористых волокнистых систем//Пластические массы. 2007. №11. С.7-10.

30.Дедов A.B. Обработка иглопробивного материала из полиэфирного во-локна//Химические волокна. 2005. №2. С.52-54.

31.Дедов A.B. Водо- и воздухопроницаемость иглопробивного материала //Химические волокна. 2008. №5. С.47-49.

32.Дедов A.B. Формирование пористой структуры иглопробивного матери-ала//Химические волокна. 2008. №5. С.50-51.

33.Дедов A.B. Иглопробивной материал с градиентом плотности по тол-щине//Материаловедение. 2008. №6. С. 32-35.

34.Дедов A.B. Влияние плотности иглопрокалывания на проницаемость ма-териалов//Химические волокна. 2009. №1. С.35-37.

35.Дедов A.B. Воздухопроницаемость каландрированных иглопробивных материалов//Химические волокна. 2009. №1. С.37-39.

36.Коваленко Г. М., Бокова Е. С., Андрианова Г.П., Дедов A.B. Модификация нетканых полотен гидрофильными наполнителями различной приро-ды//Перспективные материалы. 2009. №2. С. 51-54.

37.Дедов A.B. Проницаемость деформированного иглопробивного материа-ла//Химические волокна. 2009. №4. С. 17-19.

38.Дедов A.B., Эсмурзиев И.Б. Оценка модели для прогнозирования воздухопроницаемости иглопробивного и каландрированного материа-ла//Химические волокна. 2009. №4. С.22-23.

39. Дедов A.B. Определение сорбционной емкости иглопробивного материала/Химические волокна. 2009. №4. С.24-26.

40.Дедов A.B. Механизм сжатия иглопробивного материала//Химические волокна. 2009. №6. С.30-31.

41 .Дедов A.B. Механические свойства иглопробивного материала различного волокнистого состава//Материаловедение. 2009. №8. С. 26-29.

42.Дедов A.B. Пористость пропитанных иглопробивных материалов различного состава//Химические волокна. 2010. №1. С.34-36.

43.Дедов A.B. Пленочно-волокнистый материал для фильтрации воды // Химические волокна. 2010. №2. С.38-40.

44.Дедов A.B. Проницаемость обработанных иглопробивных материалов из полиэфирного волокна//Химические волокна. 2010. №2. С.41-43.

45.Анненкова И.Н., Бокова Е.С., Дедов A.B. Влияние плотности иглопрока-лывания на сопротивление материалов деформации//Химические волокна 2010. №3. С.50-51.

46.Дедов A.B. Эффективность иглопрокалывания волокнистых материа-лов//Химическая технология. 2010. №8. С.489-492.

47. Бокова Е.С., Дедов A.B. Механические характеристики иглопробивных материалов различных способов обработки//Химические волокна. 2010 № 6. С.38-40.

48.Анненкова Н.В., Бокова Е.С., Дедов A.B. Оценка механических характеристик иглопробивных материалов//Химические волокна. 2010 №6 С 2629.

49.Дедов A.B. Многослойный волокнистый материал//Перспективные материалы. 2011. №1. С.68-70.

50.Дедов A.B. Моделирование проницаемости иглопробивных и каландрированных материалов//Пластические массы. 2010. №8. С.32-35.

51.Дедов A.B. Влияние способа обработки на механические характеристики иглопробивных материалов//Химическая технология. 2011 №5 С 275277.

52.Дедов A.B., Назаров В.Г. Механические характеристики иглопробивного материала из смеси полиэфирных и полипропиленовых волокон, обработанных на валковом каландре//Химические волокна. 2011.№3. С.63-65.

53.Бокова Е.С., Дедов A.B. Прогнозирование прочности иглопробивных ма-териалов//Химические волокна. 2011. № 6. С.38-40.

54.Бокова Е.С., Дедов A.B. Механические и структурные характеристики иглопробивных материалов при использовании различных игл//Химические волокна. 2011. № 6. С.40-42.

55.Бокова Е.С., Дедов A.B. Прогнозирование прочности нетканых материалов увеличенной плотности иглопрокалывания//Химические волокна 2012. № 1. С.26-27.

56.Бокова Е.С., Дедов A.B. Механические характеристики иглопробивных материалов, обработанных нагретым воздухом//Химические волокна 2012. №1. С. 28-30.

57.Дедов A.B. Влияние пористой структуры нетканых иглопробивных материалов на их проницаемость. Материаловедение. 2012. №3. с. 33-36.

58.Дедов A.B. Применение нелинейного закона Дарси для прогнозирования фильтрации воздуха в иглопробивных нетканых материалах // Пластические массы. 2013. №1. С.42-44.

59.Дедов A.B. Использование модели Козени для прогнозирования проницаемости нетканых иглопробивных материалов//Материаловедение. 2013. №5. С.15-17.

60.Дедов A.B., Бокова Е.С., Рыжкин В.А. Получение нетканого иглопробивного материала с увеличенным сопротивлением растяжению//Химические волокна. 2013. №4. С.31-34.

61.Дедов A.B. Водопроницаемость пропитанных латексом иглопробивных материалов//Каучук и резина. 2013. №6. С.22-24.

Патенты по теме диссертационной работы

1. Дедов A.B., Бабушкин C.B., Платонов A.B., Назаров В.Г. Патент РФ на изобретение №2197041. Радиопоглощающий нетканый материал. 2003. Б.И. №1

2. Дедов A.B., Платонов A.B., Назаров В.Г. Патент РФ №2246565. Нетканый иглопробивной фильтрующий материал с увеличенным сопротивлением развитию начальной деформации и способ его получения. 2005. Б.И. №5.

3. Дедов A.B., Божко H.H., Баранов В.А., Назаров В.Г. Патент РФ №2332916. Обогреваемая обувь. 2008. Б.И. №25.

4. Дедов A.B., Рыжкин А.И. Патент РФ №2360049. Способ получения полотна холстопрошивного безниточного. 2009. Б.И. №18.

5. Дедов A.B., Булгакова И.В., Кукушкина A.B. Патент РФ 2412630 Композиционный материал для внутренних деталей обуви. 2009. БИ №14.

Публикации в сборниках научных трудов, специализированных журналах, материалах конференций

1. Дедов A.B., Назаров В.Г., Бабушкин C.B. Влияние смески полиэфирных волокон на физико-механические свойства нетканых материа-лов//Международная конференция по химическим волокнам «Химво-локна - 2000». ОАО «Тверьхимволокно». Российская инженерная академия. Тверь. 2000. С.45

2. Дедов A.B., Назаров В.Г. Эффективность применения терморасширенного графита в качестве сорбента нефтепродуктов. Тезисы доклада. Мембраны 2001. 2-5 октября, г. Москва. С.135.

3. Дедов A.B., Бабушкин C.B. Мебельные и строительные иглопробивные материалы//ЛегПромБизнес - Текстиль. 2003. №1. С.23-24.

4. Бабушкин C.B., Дедов A.B. Армированные нетканые материалы //ЛегПромБизнес - Текстиль. 2003. №2. С.16-17.

5. Дедов А. Воздухопроницаемость иглопробивного фильтрующего материала производства ОАО «Монтем»//Технический текстиль 2004 №9 С.29-30. ' " '

6. Дедов A.B., Бокова Е.С., Андрианова Г.П. Волокнистые и волокнисто-порошковые сорбенты//Сборник научных трудов. МГУДТ. 2006. №6.

7. Дедов A.B., Савельева Е.К., Бокова Е.С., Андрианова Г.П. Сравнительный анализ способов термообработки нетканых материалов для определения оптимальных условий получения полотен технического назна-чения//Сборник научных тезисов докладов международной научно -технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС 2007)» Москва. 2007. С.72-77.

8. Дедов A.B., Коваленко Г.Б., Бокова Е.С. Получение стелечного материала на основе нетканых полотен, модифицированных гидрофильным наполнителем. Тезисы доклада Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения». 18-19 октября 2007. г. Димитровград. С.32.

9. Дедов A.B. Прогнозирование воздухо- и водопроницаемости иглопробивных нетканых материалов//Нетканые материалы. 2008. №4. с.51-53

10.Дедов A.B., Савельева Е.К., Маштакова A.C., Бокова Е.С., Анизотропия деформационно-прочностных свойств нетканых материалов//Сборник научных трудов. МГУДТ. Выпуск 2008. №10. С.80-86.

11. Дедов A.B., Александрова Ю.Н., Бокова Е.С. Разработка способов регулирования структуры и свойств волокнистых нетканых материалов. Тезисы доклада. 3-ий Московский фестиваль науки М МГУЛТ 10-11 октября 2008. С.62.

12.Дедов A.B., Савельева Е.К., Бокова Е.С. Разработка новых нетканых материалов с использованием бикомпонентных волокон//Тезисы докладов научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. М. ИИЦ МГУДТ. 2008. С.62.

13.Дедов A.B., Александрова Ю.Н., Назаров В.Г. Условия получения нетканых фильтров с использованием бикомпонентного волок-на//Сборник научных трудов. МГУДТ. Выпуск 2009. №12 (54). с.83-90

14.Дедов A.B., Александрова Ю.Н., Бокова Е.С. Разработка условий получения высокоэффективных волокнисто-полимерных композиционных материалов для предфильтрации вытяжной вентиляции//Сборник научных трудов. МГУДТ. Выпуск 2009. №13 (55). С.70-76.

15.Дедов A.B., Александрова Ю.Н., Бокова Е.С. Влияние природы сорбата на структуру и сорбционную емкость волокнистого сорбента//Сборник научных трудов. МГУДТ. Выпуск 2009. №13 (55). С.76-80.

16.Дедов A.B. Моделирование воздухопроницаемости обработанного иглопробивного материала//Нетканые материалы. 2009. №5. С.11-13.

17.Дедов A.B. Нетканый радиопоглощающий материал//Нетканые материалы. 2009. №6(11). С.32-34.

18.Дедов A.B. Деформация и разрушение пропитанного иглопробивного материала//Все материалы. Энциклопедический справочник. 2010. №5. С.31-34.

19.Бокова Е.С., Савельева Е.К., Дедов A.B. Разработка высокоэффективных полимерных сорбентов повышенной прочностью. Часть 2. Исследование условий получения волокнистых сорбентов высокой механической прочностью//Дизайн и технология. 2010. №17. С.91-97.

20.Дедов A.B. Прочность пропитанных иглопробивных материалов различного волокнистого состава//Все материалы. Энциклопедический справочник. 2011. №2. С.32-34.

21.Дедов A.B. Пористость пропитанных иглопробивных материалов различного состава//Все материалы. Энциклопедический справочник.

2011. №7. с.33-36.

22.Бокова Е.С., Дедов A.B., Андрианова Г.П., Лаврентьев A.B. Разработка теоретических основ прогнозирования механических свойств нетканых материалов//Дизайн и технология. 2011. №25. С.83-90.

23.Дедов A.B. Нетканый радиопоглощающий материал со слоями дифракционных решеток//Нетканые материалы. 2011. №3(3). С.6-8.

24.Дедов A.B. Структура иглопробивных материалов небольшой степени пропитки латексом//Все материалы. Энциклопедический справочник.

2012. №1.С.30-33.

25.Дедов A.B. Структура пропитанных иглопробивных материалов из волокон различной химической природы//Энциклопедия инженера-химика. 2012. №2. С.13-16.

Подписано в печать 19.06.2014.Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Усл. п. л. 2.26 . Тираж 100 экз. Заказ № 174 Отпечатано в Издательстве МГУП имени Ивана Федорова 127550. Москва, ул. Прянишникова, 2а