Вплив ультразвукової дії на седиментаційну стійкість суспензії з радіаційно-захисним наповнювачем
В статье рассмотрено влияние продолжительности ультразвукового воздействия мегагерцового диапазона на седиментационную устойчивость суспензии на основе этанола с полидисперсным редкоземельным радиационно-защитным наполнителем. In the article influence of duration of ultrasonic influence of megahertz...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32848 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Вплив ультразвукової дії на седиментаційну стійкість суспензії з радіаційно-захисним наповнювачем / К.С. Голов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860270686499504128 |
|---|---|
| author | Голов, К.С. |
| author_facet | Голов, К.С. |
| citation_txt | Вплив ультразвукової дії на седиментаційну стійкість суспензії з радіаційно-захисним наповнювачем / К.С. Голов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | В статье рассмотрено влияние продолжительности ультразвукового воздействия мегагерцового диапазона на седиментационную устойчивость суспензии на основе этанола с полидисперсным редкоземельным радиационно-защитным наполнителем.
In the article influence of duration of ultrasonic influence of megahertz range is considered on sedimentation stability of suspension on the basis of ethanol with polidispersible rarely earth radiation-protective composition.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:06:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
Геотехническая механика"
УДК 661.185-3:677.021.127
К.С. Голов, аспірант
(ІГТМ НАН України)
ВПЛИВ УЛЬТРАЗВУКОВОЇ ДІЇ НА СЕДИМЕНТАЦІЙНУ СТІЙКІСТЬ
СУСПЕНЗІЇ З РАДІАЦІЙНО-ЗАХИСНИМ НАПОВНЮВАЧЕМ
В статье рассмотрено влияние продолжительности ультразвукового воздействия мега-
герцового диапазона на седиментационную устойчивость суспензии на основе этанола с
полидисперсным редкоземельным радиационно-защитным наполнителем
INFLUENCE OF ULTRASONIC AFFECTING SEDIMENTATION
STABILITY OF SUSPENSION WITH RADIATION-PROTECTIVE
COMPOSITION
In the article influence of duration of ultrasonic influence of megahertz range is considered
on sedimentation stability of suspension on the basis of ethanol with polidispersible rarely earth
radiation-protective composition
З відомих причин, які обумовлені, перш за все, наслідками Чорнобильсь-
кої катастрофи, забрудненням ряду територій радіоактивними відходами пе-
реробних виробництв і, нарешті, широким використанням проникаючих ви-
промінювань у різних сферах медичної і науково-технічної спрямованості,
питання технології створення високоефективних засобів індивідуального і
колективного захисту в Україні є надзвичайно актуальними
1
.
Висока якість радіаційно-захисних (РЗ) полімерних і лакофарбних покрит-
тів значною мірою визначається тривалістю гравітаційної седиментації час-
тинок полідисперсної суміші РЗ наповнювача в матриці покриття. При цьому
вочевидь, що час гравітаційної седиментації частинок РЗ наповнювача пови-
нен перевищувати час затвердіння матриці покриття [1]. Раніше було встано-
влено [2], що при короткочасній дії ультразвуковими (УЗ) коливаннями мега-
герцового діапазону на суспензію РЗ наповнювача у вигляді полідисперсної
суміші складного оксиду рідкоземельних елементів (ОРЗЕ) в різних розчин-
никах підвищується седиментаційна стійкість суспензії. Проте, питання про
вплив на неї тривалості УЗ обробки залишається відкритим.
Метою цієї роботи є дослідження впливу тривалості УЗ обробки суспензії
полідисперсної суміші РЗ складного ОРЗЕ на її седиментаційну стійкість.
У якості найбільш привабливого РЗ наповнювача, який по щільності най-
більш сумісний з полімерними і лакофарбними найбільш сумісний з полімер-
ними найбільш сумісний з полімерними і лакофарбними матрицями, нами був
обраний складний ОРЗЕ. Дійсно, пікнометрична щільність складного ОРЗЕ (в
середньому 5,6 г/см
3
) набагато нижча за щільність свинцю (11,3 г/см
3
), гаф-
нію (13,1 г/см
3
), танталу (16,6 г/см
3
), вольфраму (19,2 г/см
3
), тобто металів, які
використовують при вирішенні завдань радіаційного захисту. Але з іншого
боку, у порівнянні з використанням РЗ наповнювачів у вигляді полідисперс-
1 Примітка: робота виконана згідно «Переліку державних наукових і науково-технічних програм з пріоритет-
них напрямів розвитку науки і техніки на 2002-2006 роки»
Выпуск № 81
них порошків наведених вище важких металів використання складного ОРЗЕ
через його невелику щільність обумовлює деяке зниження захисних власти-
востей. Проте, ця втрата може бути практично повністю компенсована шля-
хом використання технологій, що реалізовують відкрите явище аномальної
зміни інтенсивності потоку квантів проникаючого випромінювання моно- і
багатоелементними середовищами [3]. Згідно досліджень [3], полідисперсні
середовища (у нашому випадку складний ОРЗЕ) з розмірами частинок (10
-9
÷
10
-3
м) при сегрегації шляхом їх перемішування будуть самоорганізовуватись
в систему енергетично взаємозв'язаних ансамблів, що забезпечить аномальне
високе збільшення перетину фото поглинання і відповідне збільшення захис-
ного еквіваленту [4].
Важливим аргументом на користь складного ОРЗЕ є і те, що при викорис-
танні його у вигляді поліріта оптичного (ТУ 48-4-244-87), він містить цілий
ряд таких елементів з групи лантаноїдів, як лантан, церій, празеодим, неодим.
А це, у свою чергу, забезпечує «розтягнутий» максимум поглинання рентге-
нівського і гамма- випромінювань в діапазоні 40 ÷ 44 кеВ за рахунок відмін-
ності в енергіях зв'язку електронів К- оболонок окремих елементів.
Обґрунтування вибору типу розчинника при експериментальній оцінці
впливу тривалості УЗ обробки на седиментаційну стійкість суспензії полідис-
персної суміші складного ОРЗЕ базувалося на результатах аналізу різних ти-
пів розчинників, які традиційно використовують в лакофарбній промисловос-
ті [2, 5]. При цьому вирішувалося завдання вибору такого типа розчинника,
робота з яким, не викликає технологічних ускладнень, які пов'язані, напри-
клад, з високою в'язкістю, високою температурою плавлення, низькою темпе-
ратурою кипіння і тощо. В результаті для проведення експерименту оцінкою
седиментаційної стійкості при різній тривалості УЗ дії у якості розчинника
був обраний етанол (етиловий спирт).
Методика експерименту полягала в наступному. На поміщену в скляну
ємність суспензію складного ОРЗЕ в етанолі (загальним об'ємом 60 мл і кон-
центрацією складного ОРЗЕ 30%) з боку донної частини ємкості здійснюва-
лося УЗ дія з частотою 1,5 МГц. Фонтан над поверхнею суспензії при цьому
підносився на висоту біля 1 см. Діапазон фіксованої тривалості УЗ дії на су-
спензію знаходився в межах від 3 до 15 хвилин з кроком 3 хвилини.
Після спливання кожного проміжку часу (t1, t2. tn) в діапазоні від 10 с до
180 с (з кроком, який вказаний у табл. 1) від моменту завершення УЗ дії фік-
сувалася висота Н суспензії складного ОРЗЕ від її поверхні до верхнього кор-
дону частинок складного ОРЗЕ, що випали в осад, заввишки h. На рис. 1. схе-
матично показана скляна ємкість, яка заповнена суспензією до (а) і після (б, в,
г) УЗ дії з фіксацією відповідних висот Н (Н1, Н2 … Нn).
У таблиці. 1 наведені отримані експериментальні дані, що характеризу-
ють седиментаційну стійкість суспензії, яка оцінювалася за висотою суспензії
Н через фіксовані проміжки часу від моменту завершення УЗ дії. В табл. 1
умовно осад не показаний.
Геотехническая механика"
Рис. 1 – Схема зміни висоти суспензії Н, що фіксується, через тимчасові проміжки t від
моменту завершення УЗ дії
Для оцінки висоти суспензії здійснювалося фотографування ємності, після
чого знімки піддавалися обробці за допомогою програмного продукту Adobe
Photoshop CS4 Extended Trial. У даному продукті по засобах ряду перетворень
цифрового зображення з визначенням масштабного коефіцієнту, вимірювала-
ся дійсна величина висоти суспензії Н з точністю до десятих долей міліметра.
Вочевидь, чим вище динаміка зростання висоти суспензії Н, тим менш
ефективна дія УЗ на суспензію з точки зору седиментаційної стійкості. Ціл-
ком зрозуміло, що необґрунтоване збільшення тривалості УЗ дії на суспензію
призводить до втрати продуктивності процесу і, в остаточному результаті, ве-
де до економічних втрат.
З наведених експериментальних даних (табл. 1) і їх графічного зображен-
ня (рис. 2) видно, що при тривалості УЗ дії, яка дорівнює 9 хвилинам спосте-
рігається максимальна седиментаційна стійкість суспензії. Використовуючи
дані таблиці. 1, для більшої наочності ефективності УЗ дії на рис. 3, як прик-
лад, показані порівняльні графічні залежності, що характеризують седимен-
таційну стійкість, при УЗ дії на суспензію протягом 9 хвилин і за відсутності
УЗ дії.
Выпуск № 81
Таблиця 1 – Висота суспензії Н складного ОРЗЕ в етанолі в залежності від тривалості УЗ
дії Т і часу її фіксації t після завершення УЗ дії
Висота суспензії Н складного ОРЗЕ в етанолі, мм
Ч
ас
У
З
д
ії
Т
,
х
в
Проміжки часу фіксації t від моменту завершення УЗ дії, с
t 1
=
1
0
t 1
=
2
0
t 1
=
3
0
t 1
=
4
0
t 1
=
5
0
t 1
=
6
0
t 1
=
8
0
t 1
=
1
0
0
t 1
=
1
2
0
t 1
=
1
4
0
t 1
=
1
6
0
t 1
=
1
8
0
0
7,0 13,6 17,2 19,8 21,1 21,8 23,2 24,0 25,9 25,5 27,4 30,2
3
5,4 7,7 10,9 16,5 19,9 19,9 20,0 21,0 21,0 21,5 21,7 22,0
6
3,2 6,7 9,5 13,6 18,5 19,7 20,2 20,0 20,1 20,4 20,4 20,5
9
1,9 3,4 4,9 7,5 9,5 12,5 13,4 14,5 14,9 15,5 16,2 16,5
12
2,4 5,8 11,0 13,9 21,6 19,9 21,5 25,6 24,1 24,0 24,0 29,2
15
10,0 11,2 11,6 16,8 21,0 25,4 27,8 27,2 26,8 27,3 28,6 28,9
Геотехническая механика"
0
5
10
15
20
25
30
0 3 6 9 12 15
Тривалість УЗ дії T , хв
В
и
со
та
с
у
сп
ен
зі
ї
H
,
м
м
через 180 с
через 160 с
через 140 с
через 120 с
через 100 с
через 80 с
через 60 с
через 50 с
через 40 с
через 30 с
через 20 с
через 10 с
Рис. 2 – Висота суспензії складного ОРЗЕ в етанолі в залежності від тривалості УЗ дії і
проміжків часу її фіксації після завершення УЗ дії
Рис. 3 – Вплив часу УЗ дії і проміжків часу на зміну висоти суспензії УДЧ
складного ОРЗЕ в етанолі
Регресійний аналіз наведених залежностей (рис. 3) та їх аналітичний опис
проводився на основі програмного продукту «Advanced Grapher версії 2.2
trial».
Выпуск № 81
Пояснення отриманих результатів можна зробити в такий спосіб.
Враховуємо, що гранулометричний склад складного ОРЗЕ у вигляді полі-
ріта у стані постачання (табл. 2), отриманий на растровому електронному мі-
кроскопі (РЕМ) моделі РЕММА 102-02 включає:
а) ультрадисперсні частинки (УДЧ) по вазі 0,25 %; по кількості частинок
96,67 %;
б) останні (частинки більше 20 мкм) по вазі 99,75 %; по кількості частинок
3,33 %.
Таблиця 2 – Фракційний склад матеріалу без обробки УЗ
Ф
р
ак
ц
ій
н
и
й
с
к
л
ад
ч
ас
ти
н
о
к
,
м
к
м
С
ер
ед
н
ій
д
іа
м
ет
р
ч
а-
ст
и
н
о
к
2
∙R
,
м
к
м
В
м
іс
т
в
ід
з
аг
ал
ь
н
о
го
ч
и
сл
а
ч
ас
ти
н
о
к
,
%
К
іл
ь
к
іс
ть
ч
ас
ти
н
о
к
,
ш
т.
Об'єм час-
тинок, мкм
3
3
3
4
RV
Маса час-
тинок, г
В
м
іс
т
ч
ас
ти
н
о
к
в
ід
за
га
л
ь
н
о
ї
в
аг
и
,
%
1,0 ÷ 2,5 1,25 40,75 648 1,0 1,02·10
-9
0,0002
2,5 ÷ 5,0 2,9 33,55 534 12,8 1,28·10
-8
0,0003
5,0 ÷ 10 6,33 16,19 258 132,7 1,33·10
-7
0,0027
10 ÷ 20 12,8 6,18 99 1097,5 1,10·10
-6
0,2210
20 ÷ 30 24,9 2,64 42 8079,4 8,08·10
-6
1,626
30 ÷ 40 – – – – – –
40 ÷ 50 43,17 0,38 6 42104,1 4,21·10
-5
8,472
50 ÷ 60 – – – – – –
60 ÷ 70 65 0,25 4 143720,4 1,44·10
-4
28,918
70 ÷ 80 – – – – – –
80 ÷ 90 83,24 0,06 1 301838,5 3,02·10
-4
60,734
Итого 100,0 4,97·10
-4
100,0
Примітка: маса навішування складного ОРЗЕ обумовлена підкладкою для РЕМ РЕММА
102-02.
По перше, при перемішуванні такої полідисперсної суміші складного
ОРЗЕ в процесі його виготовлення і транспортування із-за відмінностей зна-
чень енергії Фермі дрібних і великих частинок відбувається їх поляризація
[4]. В результаті значна частина негативно заряджених УДЧ притягується до
позитивно заряджених крупніших частинок і розміщуються на поверхні
останніх, утворюючи конгломерати. У процесі УЗ дії відбувається відділення
УДЧ від вказаних конгломератів.
По-друге, при розміщенні полідисперсної суміші складного ОРЗЕ в ета-
нол, як конгломерати його частинок, так і окремі частинки виявляються пок-
ритими мікробульбашками повітря. При цьому, чим дрібніше частинка, тим
менший розмір мікробульбашок повітря вона утримує на своїй поверхні, і тим
більше має бути тривалість УЗ дії для їх розділення [6].
З порівняння даних зміни висоти суспензії Н, яка досліджувалась (табл. 1.
і рис. 2) при відсутності УЗ дії і при його реалізації відповідно протягом 3, 6 і
Геотехническая механика"
9 хвилин випливає, що висота суспензії на всіх проміжках часу її фіксації t
монотонно і істотно зменшується. Це наочно свідчить про позитивний вплив
УЗ дії на підвищення седиментаційної стійкості суспензії, яка досліджува-
лась. Зрозуміло, що при УЗ дії з поверхні конгломератів віддаляються УДЧ,
які, завдяки наявності на їх поверхні мікробульбашок повітря, знаходяться в
рідині у зваженому стані. Це обумовлює мінімізацію величини Н, що фіксу-
ється (табл. 1).
Проте, при подальшому збільшенні часу УЗ дії (до 12, 15 хвилин) седиме-
нтаційна стійкість досліджуваної суспензії різко зменшується. Пояснити це
можна тим, що збільшення часу УЗ дії призводить до видалення мікробуль-
башок повітря не лише з відносно великих частинок і конгломератів, але і з
УДЧ, внаслідок чого вони теж випадають в осад. Це обумовлює збільшення
висоти Н, а значить, і зниження седиментаційної стійкості суспензії.
За результатами досліджень можна зробити наступні висновки:
1) розроблена і апробована на конкретному прикладі методика підвищен-
ня седиментаційної стійкості суспензії, яка досліджувалась, може бути поши-
рена на суспензії різних складів і призначень, зокрема, вона може бути кори-
сна при відпрацюванні технології створення високоякісних РЗ полімерних і
лакофарбних покриттів;
2) для суспензії полідисперсної суміші складного ОРЗЕ в етанолі оптима-
льна тривалість УЗ дії при частоті 1,5 МГц дорівнює 9 хвилинам, що забезпе-
чує її найвищу седиментаційну стійкість;
3) вказані дослідження слід продовжити з використанням різноманітних
матриць та широкого спектру частот УЗ дії.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Выбор технологических параметров при создании радиационно-защитных тонкослойных полимерных
покрытий / Булат А.Ф., Іванов В.А., Голов К.С., Зыбайло С.Н., Емельянов Ю.В. // Геотехнічна механіка: Мі-
жвід. зб. наук. праць / Ін-т геотехнічної механіки ім. М. С. Полякова НАН України. – Дніпропетровськ, 2008.
– Вип. 78. – С. 3-13.
2. Вплив розчинників різноманітного хімічного складу на седиментаційну стійкість систем полідисперс-
ний наповнювач – розчинник / Зибайло С.М., Голов К.С., Іванов В.А., Ємельянов Ю.В // Східноєвропейський
журнал передових технологій. – Харків, 2009. – Вип. 4. – С. 53-56.
3. Иванов В. А. Явление аномального изменения интенсивности потока квантов проникающего излуче-
ния моно- и многоэлементными средами (Диплом №57) / Иванов В. А., Катращук Г. К., Конюхов С. Н. и др.
// Научные открытия (научные гипотезы, научные идеи). Справочно-методические материалы. – М. – С.-
Петербург, 2000. – С. 57-58.
4. Булат А. Ф. Феноменологическое обоснование «квантовых ловушек» из полидисперсного радиацион-
но-защитного модификатора в обеспечении аномально высоких радиационно-защитных свойств матричных
материалов / Булат А. Ф., Иванов В. А. / К основам физического взаимодействия // Научные труды. Под на-
уч. редакцией проф. В.А. Ткаченко. – Днепропетровск: МАБЭТ, 2007. – с. 74-89.
5. Дринберг С.А. Растворители для лакокрасочных материалов / Дринберг С.А., Ицко Э.Ф. : Справочное
пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1986. – 208 с.
6. Труэлл Р. Ультразвуковые методы в физике твердого тела / Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. – М.: Мир,
1972. – 423 с.
Рекомендовано до публікації д.т.н. В.П. Надутим 08.07.09
Выпуск № 81
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-32848 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:06:05Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Голов, К.С. 2012-05-25T19:40:28Z 2012-05-25T19:40:28Z 2009 Вплив ультразвукової дії на седиментаційну стійкість суспензії з радіаційно-захисним наповнювачем / К.С. Голов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32848 661.185-3:677.021.127 В статье рассмотрено влияние продолжительности ультразвукового воздействия мегагерцового диапазона на седиментационную устойчивость суспензии на основе этанола с полидисперсным редкоземельным радиационно-защитным наполнителем. In the article influence of duration of ultrasonic influence of megahertz range is considered on sedimentation stability of suspension on the basis of ethanol with polidispersible rarely earth radiation-protective composition. uk Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Вплив ультразвукової дії на седиментаційну стійкість суспензії з радіаційно-захисним наповнювачем Influence of ultrasonic affecting sedimentation stability of suspension with radiation-protective composition Article published earlier |
| spellingShingle | Вплив ультразвукової дії на седиментаційну стійкість суспензії з радіаційно-захисним наповнювачем Голов, К.С. |
| title | Вплив ультразвукової дії на седиментаційну стійкість суспензії з радіаційно-захисним наповнювачем |
| title_alt | Influence of ultrasonic affecting sedimentation stability of suspension with radiation-protective composition |
| title_full | Вплив ультразвукової дії на седиментаційну стійкість суспензії з радіаційно-захисним наповнювачем |
| title_fullStr | Вплив ультразвукової дії на седиментаційну стійкість суспензії з радіаційно-захисним наповнювачем |
| title_full_unstemmed | Вплив ультразвукової дії на седиментаційну стійкість суспензії з радіаційно-захисним наповнювачем |
| title_short | Вплив ультразвукової дії на седиментаційну стійкість суспензії з радіаційно-захисним наповнювачем |
| title_sort | вплив ультразвукової дії на седиментаційну стійкість суспензії з радіаційно-захисним наповнювачем |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32848 |
| work_keys_str_mv | AT golovks vplivulʹtrazvukovoídíínasedimentacíinustíikístʹsuspenzíízradíacíinozahisnimnapovnûvačem AT golovks influenceofultrasonicaffectingsedimentationstabilityofsuspensionwithradiationprotectivecomposition |