СПОСОБ ПРОПИТКИ ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА
METHOD FOR POROUS MATERIAL SATURATION

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении химических источников тока.
Известен способ пропитки пористого материала, согласно которому, с целью облегчения пропитки путем удаления воздуха из пор, пористый материал подвергают предварительному вакуумированию [1].
Недостатками известного способа являются большие энергозатраты на вакуумирование рабочей камеры и низкая производительность, обусловленная цикличностью и длительностью процесса вакуумирования.
Наиболее близким к заявляемому способу пропитки пористых материалов по технической сущности и достигаемому результату является способ, включающий предварительный подогрев материала, затем обработку перегретыми парами пропиточной жидкости или вещества, хорошо растворимого в последней, затем погружение материала в пропиточную жидкость с температурой ниже температуры конденсации паров, конденсацию паров в порах и их заполнение пропиточной жидкостью [2].
Недостатками известного способа является то, что вытеснение воздуха из пор осуществляется путем постепенного разбавления воздуха паром, поступающим в поры в результате молекулярной диффузии, что требует длительного времени, а также недостаточно высокая степень освобождения пор от воздуха и, как следствие, - недостаточная степень пропитки. Кроме того, указанный способ имеет слишком много стадий и требует разнообразного сложного оборудования.
Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.
Заявляемое изобретение направлено на повышение производительности процесса пропитки, повышение степени заполнения пор, упрощение технологии и технологического оборудования.
При осуществлении заявляемого изобретения достигается значительное повышение скорости и степени освобождения пор от воздуха путем его вытеснения вспомогательной жидкостью, хорошо смачивающей поверхность пор и имеющей низкую вязкость.
Указанный технический результат при осуществлении заявляемого изобретения достигается тем, что в известном способе пропитки пористого материала, включающем заполнение пор парами и погружение материала в пропиточную жидкость, находящуюся при температуре ниже температуры конденсации паров, материал вначале пропитывают вспомогательной жидкостью, нерастворимой в пропиточной жидкости и имеющей температуру кипения ниже, чем у пропиточной жидкости, затем его погружают в пропиточную жидкость, находящуюся при температуре выше температуры кипения вспомогательной жидкости.
В заявляемом способе пропитки поры материала заполняются парами в результате испарения находящейся в них легкокипящей жидкости. Для этого пористый материал вначале пропитывают вспомогательной жидкостью, имеющей температуру кипения значительно ниже температуры кипения пропиточной жидкости, затем погружают в пропиточную жидкость при температуре значительно выше, чем температура кипения вспомогательной жидкости. Находящаяся в порах вспомогательная жидкость испаряется, и в порах материала остаются только ее пары. После этого поры заполняют известным методом - материал погружают в пропиточную жидкость, находящуюся при температуре значительно ниже температуры конденсации паров вспомогательной жидкости. При этом происходит конденсация паров вспомогательной жидкости в порах материала с созданием в них вакуума и их заполнение пропиточной жидкостью.
Стадия конденсации паров вспомогательной жидкости в порах материала может осуществляться путем переноса материала из горячей в холодную пропиточную жидкость, а также без переноса - путем охлаждения горячей пропиточной жидкости с находящимся в ней материалом до температуры ниже температуры конденсации паров вспомогательной жидкости, а также при непрерывном перемещении материала из зоны с горячей пропиточной жидкостью в зону с холодной пропиточной жидкостью. Последнее особенно эффективно при пропитке ленточных материалов.
Для осуществления заявляемого способа необходимо, чтобы вспомогательная жидкость имела температуру кипения значительно ниже температуры кипения пропиточной жидкости и не растворялась в пропиточной жидкости. Последнее требование обусловлено тем, что при использовании вспомогательной жидкости, растворяющейся в пропиточной жидкости, при погружении материала, пропитанного вспомогательной жидкостью, в его порах образуется раствор, температура которого выше температуры кипения вспомогательной жидкости, что затрудняет ее выпаривание.
При пропитке пористого материала водными растворами в качестве вспомогательной жидкости могут применяться индивидуальные углеводороды, например гексан, или смеси углеводородов, например легкая фракция бензина, а также четыреххлористый углерод.
Возможность осуществления заявляемого способа показана на следующих примерах.
6
2
1. Готовят гидрофобный пористый образец. Для этого смешивают 6 г порошкообразного полиэтилена с молекулярной массой более 10 и 14 г белой сажи. Из полученной смеси при комнатной температуре и давлении 500 Н/см прессуют листовой образец с размерами 125×125×1,3 мм. Затем образец спекают в термошкафу при 195°С в течение 1 часа и охлаждают до комнатной температуры. Из полученного листа вырубают образцы диаметром 50 мм и взвешивают каждый.
Готовят пропиточный раствор. Для этого в 1 л дистиллированной воды при непрерывном перемешивании растворяют 10 г сульфонола. Половину приготовленного раствора заливают в круглодонную широкогорлую колбу емкостью 1 л, ставят ее в масляную баню и нагревают раствор до температуры 85±5°С.
Готовят вспомогательную жидкость. Для этого в стеклянный цилиндр емкостью 500 мл наливают 250 мл гексана и стакан закрывают стеклянной пластиной.
Пять образцов поочередно подвергают пропитке в соответствии с заявляемым способом. В цилиндр со вспомогательной жидкостью опускают исходный образец и выдерживают 30 с. После этого образец быстро переносят в широкогорлую колбу с горячим приготовленным раствором и также выдерживают 30 с. Затем образец быстро переносят в приготовленный раствор, находящийся при комнатной температуре, и выдерживают 30 с. После этого образец вынимают из раствора, удаляют поверхностные капли с помощью фильтровальной бумаги и взвешивают с точностью до 1 мг. Определяют изменение массы каждого образца в % и ее среднее арифметическое значение для пяти образцов.
2. Таким же образом, как в п.1, пять образцов поочередно подвергают пропитке сначала горячим, а затем холодным водным раствором сульфонола без предварительной пропитки гексаном.
3. Для осуществления непрерывного процесса пропитки в соответствии с заявленным способом собирают установку, схема которой показана на чертеже.
В состав установки входят: ленточный транспортер 1, лентопротяжный механизм 2, бачек для вспомогательной жидкости 3, бак для пропиточной жидкости 4, нагревательный элемент 5, термопары 6 и 7.
Ленточный транспортер 1 выполнен из плетенной нержавеющей сетки в виде бесконечной ленты шириной 70 мм. Лентопротяжный механизм 2 представляет собой валики диаметром 50 мм и длиной 80 мм, выполненные из нержавеющей стали. Движение ленты осуществляется парой тянущих валиков с ручным приводом. Бачок 3 из нержавеющей стали имеет внутренние размеры 150×81×200 мм. Бак 4 из нержавеющей стали имеет внутренние размеры 200×81×1050 мм. Внутри бачка 3 и бака 4 имеется по одному направляющему валику 2. В баке 4 в верхней части вмонтированы две трубы нагревательного элемента 5, обогреваемые насыщенным водяным паром при температуре 115°С. Кроме того, для контроля температуры пропиточной жидкости в верхней и нижней частях бака 4 установлены термопары 6 и 7. Расстояние между термопарами - 700 мм.
В бачок 3 заливают 1,8 л гексана, в бак 4-15 л 2%-ного раствора сульфонола в воде. К ленточному транспортеру перед первым направляющим валиком тонкой проволокой привязывают последовательно друг за другом 5 образцов, приготовленных в соответствии с п.1. Нагревают раствор в верхней части бака 4 до температуры 85±5°С, при этом в нижней части бака 4 температура раствора не должна превышать 50°С. Протягивают ленточный транспортер с образцами при скорости 1±0,2 м/мин через всю установку. Образцы отвязывают, удаляют поверхностные капли и взвешивают с точностью до 1 мг.
4. Таким же образом, как в п.3, пропитывают пять таких же образцов, при пустом бачке 3.
5. Пять образцов, приготовленных в соответствии с п.1, поочередно подвергают пропитке по известному способу.
Для этого в водяную баню вместимостью 2 л заливают 500 мл воды, затем в нее на уровне 30 мм от поверхности воды устанавливают решетку из крупноячеистой нержавеющей сетки. Баню накрывают крышкой и доводят воду до кипения.
Каждый из пяти образцов поочередно помещают на решетку, закрывают крышку и выдерживают 1 мин. После этого образец быстро переносят в приготовленный раствор сульфонола, находящийся при комнатной температуре, и выдерживают 1 мин. Затем образец вынимают, удаляют поверхностные капли и взвешивают с точностью до 1 мг.
Результаты взвешивания образцов, пропитанных водным раствором сульфонола в соответствии с п.1-4, приведены в таблице.
№ примера
Среднее увеличение массы образцов при пропитке, %
1
29,3
2
6,0
3
27,7
4
4,3
5
15,5
Как видно из таблицы, максимальное поглощение пропиточного раствора достигается при осуществлении процесса с применением предварительной пропитки образцов вспомогательной жидкостью (примеры 1 и 3), что соответствует заявляемому способу.
Источники информации
1. Аксельруд Г.А., Лысянский В.М. В кн.: «Экстрагирование (система твердое тело - жидкость). Л.: «Химия», 1974, с.37.
2. http://www.usuce.dp.ua/Projects/Impreg/index-r.htm.