Влияние СВЧ электромагнитных колебаний на физико-химические свойства полимерного сепарационного материала из полисульфоновой смолы и применение СВЧ электротехнологической установки для обработки сепараторов химических источников тока

Химические источники тока (ХИТ) в настоящее время используются почти во всех областях техники. Они универсальны, что обусловлено рядом их эксплуатационных преимуществ: независимость от посторонних источников тепла или излучения, бесшумность работы, а также широкий диапазон электрической мощности, которая может быть от них получена (от 10″ 5 Вт до 10 Вт и более).

Одним из главных направлений научно-исследовательских работ в области создания ХИТ является поиск и разработка новых материалов, применение которых позволит увеличить долговечность (количество рабочих циклов) и надежность ХИТ при их длительной эксплуатации в жестких режимах.

Наиболее широко применяемыми химическими источниками тока являются аккумуляторы с плотной сборкой пластин, так как они имеют более высокие удельные характеристики. Одним из важных элементов конструкции в таких аккумуляторах является сепаратор, поэтому подбору сепаратора, его физико-химическим характеристикам уделяется особое внимание. Однако далеко не всегда физико-химические характеристики сепарационного материала соответствуют предъявляемым к ним требованиям, поэтому перед производителями ХИТ обычно стоит задача улучшения характеристик исходного сепарационного материала, которое проводится различными, довольно трудоемкими и протяженными во времени способами.

В связи с этим интересно было исследовать влияние сверхвысокочастотных (СВЧ) электромагнитных колебаний на физико-химические свойства полимерного сепарационного материала из полисульфоновой смолы, определить оптимальные режимы обработки этого материала в СВЧ электромагнитном поле, а также разработать СВЧ электротехнологическую установку для промышленной обработки полимерных материалов для нужд электротехнической промышленности и, таким образом, получить возможность, изменяя режимы обработки сепарационного материала в поле СВЧ электромагнитных колебаний, придавать ему заранее определенные свойства.

Для успешного решения этой проблемы потребовалось проведение ряда экспериментальных исследований и испытание образцов в реальных условиях производства ХИТ.

В результате были сформулированы и обоснованы следующие научные положения, которые выносятся на защиту:

1. При обработке сепарационного материала из полисульфоновой смолы в поле СВЧ электромагнитных колебаний не наблюдается повышение температуры обрабатываемого объекта.

2. При нетепловом воздействии СВЧ электромагнитного поля происходит изменение в структуре полимера, что выражается в изменении его физико-химических параметров и диэлектрических свойств.

3. Степень нетеплового воздействия СВЧ электромагнитных колебаний на полимеры зависит от величины напряженности электромагнитного поля и ориентации полимера в электромагнитном поле.

4. При воздействии СВЧ электромагнитного поля на полисульфон увеличивается его относительное удлинение, уменьшается абсолютное электрическое сопротивление и увеличивается щелочевпитываемость.

5. Наиболее равномерную обработку полимера можно получить в рабочей камере, работающей в режиме бегущей волны — камере с бегущей волной (КБВ).

Целью диссертационной работы является исследование влияния СВЧ электромагнитного поля на физико-химические свойства полимерного волокнистого сепарационного материала на основе полисульфоновой смолы, рекомендации (на основе экспериментально полученных данных) по применению.

СВЧ электротехнологической установки для нетепловой обработки полимеров, а также разработка рекомендаций по промышленной обработке полимерных сепарацонных материалов для ХИТ в поле СВЧ электромагнитных колебаний.

Научная новизна представленной диссертации состоит в том, что.

— проведены систематические исследования нетеплового воздействия СВЧ электромагнитного поля на твердое органическое вещество небиологического происхождения (полисульфон),.

— создана методика экспериментального исследования нетеплового воздействия СВЧ электромагнитного поля на полимеры,.

— определены оптимальные режимы воздействия СВЧ электромагнитного поля на полимерное волокно на основе полисульфоновой смолы, измерены диэлектрические свойства полисульфона на сверхвысоких частотах, установлена зависимость физико-химических свойств полисульфона от напряженности электрического поля, времени обработки и ориентации его пластин в СВЧ электромагнитном поле,.

Практическая ценность диссертации заключается в том, что полученные в ходе исследования практические результаты позволяют создавать сепа-рационный материал с заранее заданными свойствами, улучшить свойства се-парационного сырья, применяемого для изготовления сепараторов ХИТ, а это в свою очередь позволяет увеличить срок эксплуатации ХИТ и их надежность.

Результаты экспериментальных исследований, предложения по конструкции СВЧ электротехнологической установки переданы Научно-исследовательскому институту химических источников тока (АО НИИХИТ, г. Саратов). Все исследования, изложенные в диссертации, выполнялись в соответствии с календарным планом договора о научном сотрудничестве с АО НИИХИТ и планом темы 04. В «Разработка и исследование источников пита8 ния, электродинамических функциональных устройств, электротехнологических установок и систем» кафедры «Автоматизированные электротехнологические установки и системы» (АЭУ) Саратовского государственного технического университета (СГТУ).

Диссертация состоит из трех глав, введения, заключения и приложений. Основное содержание опубликовано в пяти печатных работах. Материалы диссертации докладывались на научных конференциях и семинарах кафедры АЭУ СГТУ, на Всероссийской научной конференции «Электротехнология сегодня и завтра», Чебоксары, 1997 г., направлялись на Межрегиональную НТ конференцию «Микроволновые технологии и изучающие системы», Казань, 1997 г.

Основные результаты работы и выводы из них сводятся к следующему:

1. Проведены систематические исследования нетеплового воздействия СВЧ электромагнитного поля на твердое органическое вещество небиологического происхождения (полисульфон).

Установлено:

— изменения температуры полисульфона при обработке его в поле СВЧ электромагнитных колебаний не происходит;

— обработка в поле СВЧ электромагнитных колебаний дает изменения физико-химических параметров сепарационного материала, таких как относительное удлинение, щелочевпитываемость, абсолютное электрическое сопротивление;

— после обработки полисульфона СВЧ электромагнитными колебаниями наблюдалось также изменение его диэлектрических свойств: tgS обработанного в поле СВЧ электромагнитных колебаний полисульфона увеличился в четыре раза по сравнению с необработанным образцом;

— изменения химического состава полисульфона при этом не происходит, что доказано с помощью ИК-спектроскопии;

— в процессе обработки полисульфона в поле СВЧ электромагнитных колебаний в его структуре произошли изменения, что доказывается проведенными рентгенографическими исследованиями обработанных и необработанных в поле СВЧ образцов полисульфона. Увеличение tg8 полисульфона также доказывает, что в структуре полисульфона произошли изменения, так как известно, что увеличение полимера иллюстрирует, во-первых, уменьшение его кристалличности, а во-вторых, изменение оси ориентации макромолекул вещества. Увеличение tg8 доказывает, что при обработке полимера в поле СВЧ электромагнитных колебаний вектор напряженности электрического поле Е перпендикулярен оси ориентации молекул.

2. Измерены диэлектрические свойства полисульфона на частоте 2450.

Мгц.

3. Установлено, что изменения физико-химических свойств полисульфона, произошедшие в следствии обработки его в поле СВЧ электромагнитных колебаний, сохраняются в течение длительного времени (повторные измерения проведены через 2,5 мес. после обработки).

4. Создана методика эксперимента обработки полисульфона в поле СВЧ электромагнитных колебаний.

5. Установлены зависимости физико-химических свойств полисульфона от времени обработки и мощности генератора. Определены оптимальные режимы воздействия СВЧ электромагнитного поля на полисульфон.

6. На основе полученных экспериментальных данных даны рекомендации по применению СВЧ электротехнологической установки для нетепловой обработки полимеров в поле СВЧ электромагнитных колебаний, которая может применяться для обработки сепараторов для химических источников тока.

Применение данной установки в электротехнической промышленности,.

105 в частности на предприятиях, производящих химические источники тока позволяет:

— улучшить качество сепарационного сырья, используемого для произ водства сепараторов ХИТ,.

— получать сепарационное сырье с заранее заданными свойствами,.

— увеличить срок эксплуатации химических источников тока и их надежность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате научных исследований и опытно-конструкторской работы, положенных в основу этой диссертации, решены следующие задачи:

— исследовано влияние СВЧ электромагнитного поля на физико-химические свойства полимерного волокнистого сепарационного материала ФПСФ-6С на основе полисульфоновой смолы;

— на основе экспериментально полученных данных сконструирована СВЧ электротехнологическая установка для нетепловой обработки полимеров;

— разработаны рекомендации по использованию СВЧ электротехнологической установки для обработки сепараторов в производстве химических источников тока.