Пристрій для нанесення наночасток металевих матеріалів на волокна гірських порід

1. Пристрій для нанесення наночасток металевих матеріалів на волокна гірських порід, що містить установку для виробництва волокон з розплавів гірських порід, який відрізняється тим, що установка виконана у вигляді інгалятора (небулайзера), камера якої виконана з можливістю утримування в ній колоїдного розчину металевого мате 3 гірських порід, який би дозволив істотно підвищити міцність одержуваних волокон за рахунок створення умов для зменшення сил тертя одержуваних волокон одне об одне та об конструктивні елементи установки. Поставлена задача вирішується пропонованим пристроєм за рахунок нанесення на поверхню ще гарячого волокна, яке тільки вийшло з фільєри, наночасток металевого антифрикційного матеріалу. Пропонований пристрій для нанесення наночасток металевих матеріалів на волокна гірських порід в установці для виробництва волокон з розплавів гірських порід, виконаний у вигляді інгалятора (небулайзера), камера якого призначена для утримування в ній колоїдного розчину металевого матеріалу, а вихідний отвір камери інгалятора, призначений для його направлення на ділянку виходу волокна з фільєри установки для виробництва волокон з розплавів гірських порід. Особливістю пропонованого пристрою є і те, що на вихідному отворі інгалятора і співвісно з ним встановлено порожнисте С-подібне кільце, зовнішня поверхня якого виконана у вигляді опуклої частини тороїду, а внутрішня - увігнута, призначена для охоплення ділянки виходу волокна з фільєри установки для виробництва волокон з розплавів гірських порід. Ще одною особливістю пропонованого пристрою є і те, що він забезпечений двома інгаляторами, встановленими з можливістю їх почергової роботи. Інгалятор (від лат. inhalo - вдихаю) - апарат для введення лікарського засобу методом інгаляції. У теперішній час у медичній практиці застосовують, переважно, парові, меш інгалятори, ультразвукові та струйні. Останні два об'єднані терміном "небулайзери" від латинського слова "nebula" туман, хмара. Вони генерують не пару, а потоки аерозолю, що складається з мікрочасток розчину, який інгалюють. Під час отримання аерозольної хмарки за допомогою ультразвуку рідину перетворюють у аерозоль шляхом вібрації спеціальної пластини на ультразвуковій частоті. Отримання аерозольної хмарки з рідини можливе і за допомогою стисненого повітря. У такому - компресійному інгаляторі - аерозольна хмара формується під час прокачування досить потужного потоку повітря через маленький отвір у камері небулайзера, наповненої розчином. Можливе також отримання з розчину аерозольної хмарки, засноване на використанні низькочастотного розпилювання речовини, або за допомогою пари. Використовують і меш інгалятори, принцип роботи яких заснований на використанні електронно-сітчастої мембрани, в якій є кілька мільйонів отворів. Розчин, що проходить через згадані отвори, перетворюється у дрібно дисперсну хмарку [інформація з сайту http://www.7ya.ru/article/Ingalyator-lechit-kashel/]. Автори під час численних експериментів виявили можливість застосування саме інгалятора (небулайзера) для нанесення наночасток металевих матеріалів на поверхню волокна, отриманого з розплаву гірської породи в установці для виробництва волокон з розплавів гірських порід. Це стало 56545 4 можливим завдяки створенню інгалятором з колоїдного розчину металевого матеріалу аерозольної хмарки, яка виходить з отвору у камері інгалятора і охоплює ділянку виходу волокна з фільєри. При цьому волокно, як правило, має температуру близьку до 1000-1200°С і наночастки з колоїдного розчину у момент торкання волокна досить легко але жорстко з'єднуються з його поверхнею, а аерозоль, завдяки також і своєму охолоджуючому ефекту, перешкоджає вигорянню наночастки і сприяє її жорсткій фіксації на поверхні волокна. Через невеликі розміри наночасток і їх дискретне розташування по поверхні волокна, різниця у значеннях коефіцієнтів лінійного теплового розширення металевого матеріалу наночастки і матеріалу волокна не впливає на міцність останнього - не створює концентраторів напружень, а виконує лише функцію антифрикційного покриття. У той же час наночастки дозволяють збільшити об'єм замаслювача на поверхні волокна, що також підвищує міцність отриманого в установці безперервного волокна. Установка для виробництва волокон з розплавів гірських порід містить плавильну піч, на вході до якої розміщений пристрій для завантажування до порожнини печі подрібненої гірської породи. На виході печі встановлена фільєрна пластина, виготовлена зплатини. З фільєр фільєрної пластин волокно вільно витикає в напрямку пристрою для замаслювання і намотування на бобіни. У проміжку між фільєрною пластиною і пристроєм для замаслювання встановлені два ультразвукових інгалятори (небулайзера) марки Omron U17 виробництва Omron Healthcare, Japan. При цьому вихідний отвір кожного інгалятора з'єднаний коротким трубопроводом із ділянкою виходу волокон з фільєрної пластини. На вільному кінці трубопроводу встановлено порожнисте С-подібне кільце, зовнішня поверхня якого виконана у вигляді опуклої частини тороїду, а внутрішня - увігнута - охоплює ділянку виходу волокна з фільєри установки. Камера кожного інгалятора заповнена колоїдним розчином наночасток срібла [Розчин "NANO", виробник - ТОВ "Наноматеріали і нанотехнології", вул. Васильківська, 27, корп.1, м. Київ, 03022, Україна]. Рушії інгаляторів підключені до джерела електричного струму через відповідну схему з таймером для забезпечення їх поперемінної роботи. Така схема суттєво підвищує надійність роботи пристрою, надає можливість виконання профілактичних робіт без зупинки установки. Пропонований пристрій працює так. Через вхідний отвір плавильної печі завантажують до її порожнини подрібнену гірську породу пісок Безмеїнського родовища пустелі Каракум з Туркменістану. Пісок рівномірно тонким шаром розподіляють по всій площі печі. Пісок безперервно плавиться в електричній печі при температурі 1750-1850°С. Отриманий розплав піддають гомогенізації і гомогенізований розплав надходить на фільєрну пластину, з фільєр якої витягають безперервні волокна. Безпосередньо на виході з фільєр на волокна впливають аерозолем з колоїдного розчину срібла, яка виходить з із увігнутої поверхні С-подібного кільця, яке охоплює ділянку виходу волокна з фільєри установки, з'єднаного коротким 5 56545 трубопроводом з вихідним отвором інгалятора. При цьому наночастки срібла у момент торкання волокна досить легко але жорстко з'єднуються з його поверхнею, а аерозоль, завдяки також і своєму охолоджуючому ефекту, перешкоджає вигорянню наночасток і сприяє їх жорсткій фіксації на поверхні волокна. Далі на своєму шляху волокно обробляють замаслювачем, а після замаслювання подають через систему механізмів на намотуючий апарат, де їх намотують на бобіну. Завдяки отриманому на поверхні волокон наночасток срібла, вдалося зменшити сили тертя одержуваних волокон одне об одне та об конструктивні елементи установки. Далі отримані волокна направляли на виробництво безперервних, рублених, грубих, штапельних неорганічних волокон. Отримані волокна діаметром 9 мікрометрів випробовували на міцність при розтягуванні. При цьому досліджували волокна, отримані у тій же Комп’ютерна верстка А. Крулевський 6 установці і намотані на бобіну, які обробляли аерозолем з колоїдного розчину срібла і волокна такого ж діаметру, що не піддавали такій обробці і намотані на бобіну. Для випробовування використовували традиційне устаткування, описане у книзі: Лозинский М.Г. Тепловая микроскопия материалов. - М.: Металлургия. - 1976. - 304 с. Межа міцності при розтягненні оброблених волокон складала у середньому 2400-2700 МПа, а не оброблених - 2090 МПа. Таким чином, пропонована корисна модель пристрій для нанесення наночасток металевих матеріалів на волокна гірських порід в установці для виробництва волокон з розплавів гірських порід - дозволив істотно підвищити міцність одержуваних волокон за рахунок створення умов для зменшення сил тертя одержуваних волокон одне об одне та об конструктивні елементи установки. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601