лабораторний практикум

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ:

Для отримання об’єктивних результатів досліджень властивостей текстильних матеріалів перед випробуваннями проводять кондиціонування підготовлених проб. Це обумовлюється впливом вологості досліджуваного матеріалу на його фізичні та механічні властивості. Сутність кондиціонування полягає у витримуванні проб матеріалу протягом певного періоду при нормальних кліматичних умовах з метою приведення їх вологості до стану, близького до сорбційної рівноваги.

Текстильні матеріали здатні поглинати вологу з оточуючого середовища. Зміна їх вологовмісту викликає зміну важливих показників властивостей, таких, наприклад, як міцність, деформаційна здатність та ін. Для отримання достовірних результатів випробування та їх порівняння необхідно створювати та підтримувати постійні умови. Такі умови називаються нормальними, вони регламентуються стандартом.

Кліматичні умови при кондиціонуванні та випробуваннях текстильних матеріалів характеризуються температурою t і відносною вологістю

повітря φ.

Текстильні матеріали необхідно певний час витримувати при нормальних кліматичних умовах (t=20±2°C, φ=65±2%). Вологу, яку текстильний матеріал вбирає при тривалому витримуванні при нормальних кліматичних умовах, називають нормальною. Дотримування нормальних кліматичних умов є обов’язковим при стандартних випробуваннях.

Відносна вологість повітря φ, [%] характеризує ступінь насичення повітря водяними парами та визначається за формулою:

де рd – тиск водяної пари атмосфери при певній температурі, [Па];

рt – тиск насиченої водяної пари атмосфери при тій же температурі, [Па].

Для виміру температури та відносної вологості повітря застосовують простий або аспіраційний психрометри, а для цілодобової реєстрації цих параметрів використовуються такі прилади, як термограф та гігрограф.

Під час кондиціонування в залежності від початкової вологості матеріалу можуть відбуватися процеси сорбції (поглинання вологи), або десорбції (віддачі вологи). Вологість текстильного матеріалу, яка відповідає сорбційній рівновазі, називається рівноважною вологістю. Якщо відбувається процес сорбції, то показник рівноважної вологості нижче, ніж під час процесу десорбції (рис.1.1). Тому для отримання об’єктивних результатів досліджень кондиціонування проводять в умовах сорбції вологи матеріалом. В цьому випадку проби

13

матеріалу спочатку підсушують протягом однієї години при температурі 50°С та відносній вологості повітря 10-25%, а потім витримують при нормальних кліматичних умовах до досягнення постійної маси. Практично сталість маси наступає тоді, коли маса проби за 2 години збільшується менше ніж на 0,25%.

На вологість матеріалу, крім тривалості кондиціонування, впливають такі фактори, як швидкість руху повітря, розмір пакунку, його вид та густина. Тому в стандартах передбачається різна тривалість

кондиціонування, звичайно не менше ніж 24 години.

Для підтримки необхідних кліматичних умов у приміщенні лабораторії використовують кондиціонери. Іноді перед випробуваннями зразки витримують в ексикаторах, або в кліматичних камерах (гігростатах).

МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ РОБОТИ Психометричний метод визначення відносної вологості повітря

постійно занурена кінцем у ємність з водою. Вода випаровується і охолоджує термометр 2, тому його показання значно нижчі, ніж показання сухого термометра 1. Чим повітря сухіше, тим 3

14

випарювання води 2 проходить більш інтенсивніше і тим більша психометрична різниця показань сухого та вологого термометрів (tс–tв). Інтенсивність випаровування води залежить також від швидкості повітря, що необхідно враховувати при визначенні його відносної вологості простим психрометром. В аспіраційному психрометрі повітря вбирається за допомогою вентилятора 6 (рис. 1.2, а) та проходить у розтрубах 3 і 4 трубки 5 коло термометрів 1 та 2 з постійною швидкістю – не менше за 2 м/с. Вентилятор 6 отримає обертання від годинникового механізму 7 або від невеличкого електродвигуна.

Постійна швидкість повітря, що вбирається, забезпечується певною швидкістю вентилятора, яку перевіряють через віконце 8 за часом одного обороту контрольної риси на барабані, указаному в паспорті прибору.

Перед кожним виміром відносної вологості повітря необхідно перевіряти в простому психрометрі, чи змочена тканина, а в аспіраційному психрометрі протягом 1 хвилини за допомогою піпетки змочувати тканину дистильованою водою, що має температуру 20±2°С.

Після досягнення найнижчої температури вологого термометру (приблизно через 3-5 хвилин роботи вентилятора) визначають температуру спочатку вологого термометру tв, а потім температуру сухого термометру tс, з похибкою 0,1°С. За найнижку температуру вологого термометру приймають температуру, яка не змінюється протягом 1 хвилини. Показання обох термометрів простого психрометра знімають з найбільшої відстані, яку дозволяє зір. Спочатку визначають десяті долі градуса, а потім цілі градуси.

Випарювання вологи з поверхні тканини пов’язане з витратами теплоти пароутворення, воно призводить до охолодження резервуара вологого термометру. Чим інтенсивніше випаровування вологи, тим більшою є різниця показників сухого та мокрого термометрів. На інтенсивність випаровування впливають вологість та швидкість оточуючого повітря. Чим менша відносна вологість повітря та більша швидкість руху повітря, тим більш інтенсивно проходить процес випаровування та знижуються показання вологого термометра. При 100% вологості повітря, незалежно від наявності або відсутності його руху, втрати теплоти за рахунок випаровування вологи відсутні, а показники термометрів однакові.

У ГОСТ 10681 наведені таблиця та номограма для визначення відносної вологості повітря аспіраційним психрометром, які не враховують зміну атмосферного тиску. З метою більш точного визначення відносної вологості повітря по температурі сухого tс та вологого tв термометрів за таблицею 1.1 визначають відповідні значення тиску насиченої водяної пари у Па. Для

15

аспіраційного психрометру спочатку визначають тиск водяної пари атмосфери Pd (Па) при температурі tс:

психометрична різниця, °C; В – атмосферний тиск, який вимірюється в приміщенні під час дослідження, ГПа.

Потім за формулою (1.1) визначають відносну вологість повітря.

Для простого психрометру відносну вологість повітря φ, [%]

визначають за формулою:

де А – коефіцієнт, який залежить від швидкості руху повітря, визначається за формулою:

А 0,001(65 6,75). (1.4)

У приміщенні лабораторії швидкість повітря мала і близька до 0,2 м/с, тому, згідно формулі (1.4) А=0,09875.

Приклад

Припустимо, що показання аспіраційного психрометру складають tс=21°C; tв=17°C; тиск повітря В=1000 гПа (750мм. рт.ст.). Необхідно визначити відносну вологість повітря.

За таблицею 1.1 знаходимо значення Рt=2488, Па; Рв=1938, Па. Тоді, за формулою (1.2):

після цього знаходимо значення відносної вологості повітря за формулою (1.1):

16732488 67,2%.

Одночасно з показаннями аспіраційного психрометру були зняті показання простого психрометру: tс=21,0°C; tв=17,4°C. Необхідно визначити коефіцієнт А за формулою (1.3) та швидкість повітря біля простого психрометру за формулою (1.4):

67,2 100 [1988 А 1000(21 17,4)] , тоді 2488

16

За формулою (1.4) отримаємо швидкість руху повітря:

Таблиця 1.1

На практиці відносну вологість повітря визначають за показниками сухого та вологого термометрів за допомогою психометричних таблиць, які були складені з урахуванням швидкості руху повітря у приміщенні. Відносну вологість визначають по таблиці 1.3 за показниками, які знаходяться на перетині показників сухого та вологого термометрів. Наприклад, Тс =21 °С,

Тм=17°С, тоді φ=65%.

Крім того, відносну вологість повітря можна визначати за номограмами.

17

Відносна вологість повітря, яка визначається простим психрометром, на номограмі вказується похилою лінією у осях координат температури сухого та мокрого термометрів (рис. 1.3 а). Наприклад, при Тс =19 °С, Тм=16,5°С, тоді φ=76%, або при Тс =22 °С, Тм=22 °С, тоді φ=100%. Номограми для аспіраційних термометрів складені з урахуванням швидкості руху повітря у аспіраторі (рис. 1.3 б). Точність психометричного методу визначається, головним чином, похибкою вимірювань температур сухого та вологого термометрів.

знежирений пучок волосся 2, що закріплений у втулках 1, а посередині притягнутий гачком 3 до стержня 4. Останній з'єднаний з віссю 12 великої дуги 6. Противага 5 натягає пучок волосся 2. При підвищенні відносної вологості повітря довжина волосся збільшується, і навпаки. Тому дуга 6 повертається на ту або іншу сторону разом із фрікційно зчепленої з нею малою дугою 11, закріпленою на осі 10 разом з покажчиком 7. Переміщення покажчика записуються пером 9 на градуйованому папері барабана 8, що обертається від годинного механізму з добовою або тижневою дією. Показання гігрографа періодично перевіряють аспіраційним психрометром і корегують поворотом гвинта 13. Абсолютна похибка показань гігрографа непостійна і може досягати

5 %. Місце розташування гігрографа

18

закріплена одним кінцем у станині. При зміні температури змінюється кривизна пластинки 2, що через тягу 3 і важіль 4 передається покажчикові 5. Перо 6 покажчика записує температуру повітря на паперовій стрічці 7 барабана, що обертається від годинного механізму. Показання термографа періодично перевіряють за допомогою контрольного термометру і коректують поворотом гвинта 1.

Знявши показання з простого та аспіраційного психрометрів, студент повинен визначити відносну вологість повітря, виконати розрахунки відповідно прикладів 1.1 і 1.2, результати яких слід представити у вигляді таблиці 1.5.

Таблиця 1.5

П О К А З А Н Н Я

Відносна вологість повітря φ= …….%

Тиск водяної пари рd= ………Па

Коефіцієнт А= ……

Швидкість повітря біля простого психрометра v = ……м/хв

Кондиціонування матеріалів перед випробуваннями

Перед дослідженням проб текстильних матеріалів проводять їх кондиціонування. Це обумовлюється впливом вологості матеріалу, що досліджується, на його фізичні та механічні властивості. Сутність кондиціонування полягає у витримуванні проб матеріалу протягом певного періоду в нормальних кліматичних умовах до приведення їх вологості до стану, близького до сорбційної рівноваги.

На вологість матеріалу, крім тривалості кондиціонування, впливають такі фактори, як швидкість руху повітря, розмір пакунку, його вид та густина. Тому в стандартах передбачається різна тривалість кондиціонування звичайно не менше, ніж 24 години. Для підтримки необхідних кліматичних умов у приміщенні лабораторії використовують кондиціонери. Іноді перед випробуваннями зразки витримують в ексикаторах, або в кліматичних камерах. Ексикатор представляє собою тонкостінну ємність, яка складається з корпуса та кришки, що щільно прилягає до нього, а також вставки з круглими отворами, яка розташовується на внутрішньому виступі нижньої частини приладу, та випарювальної чашки. Для створення необхідної відносної вологості повітря в ексикаторі випарювальну чашку заповнюють вологопоглинаючою речовиною, або сірчаною кислотою певної концентрації. Відносна вологість повітря в

19

ексикаторі, яка складає 65±5%, досягається за допомогою сірчаної кислоти з густиною 1,27-1,32 г/см3, що виміряється при температурі кислоти 15°C, а також насиченого розчину двохромовокислого натрію, азотнокислого амонію або натрію (ГОСТ 938.14). Густина кислоти в ексикаторі періодично перевіряється і при необхідності добавляють сірчану кислоту з густиною 1,84 г/см3. Насиченість розчинів визначають за наявністю речовин, які не розчинилися.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.Для чого слід контролювати температуру та вологість повітря у приміщенні випробувальної лабораторії?

2.Яка сутність психометричного та гігрометричного методів визначення вологості повітря?

3.У якому випадку відносна вологість повітря вища: при психометричній різниці показань сухого та мокрого термометрів, яка дорівнює 3°С чи 5°С?

20

Рис. 1.3 – Номограми для визначення відносної вологості повітря при швидкості його руху υ=0,2 м/с простим (а) та аспіраційним (б) психрометрами.

21

Відносна вологість повітря, %, що визначається за допомогою простого психрометра.

Таблиця 1.3.

Відносна вологість повітря, %, що визначається за допомогою аспіраційного психрометра.

22