CS259406B1 - Způsob pro měření průměrné tloušťky filtračního materiálu - Google Patents

Abstract

Je řešen způsob měření průměrné tloušťky filtračního materiálu vláknité struktury. Vykrojený plošný vzorek filtračního materiálu se vodorovně ponoří pod hladinu kapaliny v otevřené nádobě, stanoví se diference hladin v nádobě způsobená vytlačením kapaliny vzorkem. Vzorek s nasáklou kapalinou se vynoří nad hladinu a změří se pokles hladiny takto způsobený od hladiny před ponořením vzorku. Při známém konstantním poměru plošného obsahu vzorku a plošného obsahu nádoby je součet těchto diferencí úměrný průměrné tloušťce vzorku. Zařízení k prová­ dění tohoto způsobu je tvořeno otevřenou nádobou o svislých stěnách opatřenou šikmou hladinoměrnou trubicí. Nádoba je spolu se svisle pohyblivým držákem pro podep­ ření a ponoření vzorku pod hladinu kapaliny upevněna ve vzájemně stálé poloze na vodorovně nastavitelném stolku.

Description

Wyaález se *týká způsobu měření průměrné tloušťky filtračního materiálu, zejména vyráběného z vláken papírenskou technologií, v nestlačeném stavu a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Tloušťka vláknitých filtračních materiálů vyráběných 'papírenskou technologií se dosud měří stejným způsobem, jako u ostatního papíru. Tento známý způsob je založen na měření tloušťky mechanickým měřidlem pří určitém definovaném zatížení na určité definované ploše. U filtračních materiálů, které mají velmi malé objemové zaplnění většinou od 1 do 5 °/o, dojde samozřejmě k značnému stlačení a takto stanovený údaj se podstatně liší od skutečné tloušťky, kterou tento materiál má v nestlačeném stavu při plnění své filtrační funkce. Tato chyba činí podle druhu materiálu s různým průměrem vláken, objemovým zaplněním, tuhostí vláken a pod 50 až 100 % i více. Z uvedeného vyplývá, že nelze přitom stanovit vztah mezi tloušťkou stanovenou při definovaném zatížení a za nestlačeného stavu. Tímto známým způsobem měřená tloušťka filtračního materiálu je tedy údaj nesouvisející fyzikálně s filtračními vlastnostmi materiálu, zcela nevhodný i z hlediska dalšího technologického- zpracování filtračního papíru na sklady pomocí automatů, jež je třeba tloušťce papíru přizpůsobovat. Důvodem, proč není skutečná tloušťka filtračního materiálu vyráběného papírenskou technologií sledována, je to, že není znám jiný měřicí způsob, vhodný pro tento účel, neboť řešení nelze dosáhnout ani úplným minimalizováním přítlačné síly, kdy by u filtračních materiálů, jejichž povrch je značně nerovný a členitý, byla měřena tloušťka větší než průměrná a odchylka by závisela na nerovnosti povrchu. Měření skutečné průměrné tloušťky filtračního materiálu v nestlačeném stavu, dále jen „tloušťky“ je značně problematické: nelze zde využít způsoby, jež předpokládají neprostupnost měřeného materiálu nebo jeho homogenitu a nelze využít ani způsoby založené na principu pohlcování záření hmotou, neboť plošná hmotnost nesouvisí s tloušťkou filtračního- materiálu. Ze známých způsobů lze tedy využít jen optické měření, kdy je možno tloušťku v určitém bodě stanovit jako roizdíl přeostření mikroskopu z podložky na povrch vrstvy filtračních vláken, tvořících filtrační materiál. Vzhledem k nerovnosti a členitosti povrchu takovéhoto materiálu je však k stanovení jeh-o průměrné tloušťky nutno provést větší počet měření a naměřené hodnoty zprůměrňovat. Tento způsob je značně zdlouhavý, náročný, podléhá subjektivnímu ovlivnění výběru měřicích míst a pro provozní v-yužití je nevhodný. Objektivně je možno tloušťku filtračního materiálu stanovit mikroskopickým vyhodnocením preparátu řezu filtračním materiálem provedeným tak, aby nedošlo k stlačení například vyříznutím preparátu pomocí výkonového laseru. Rovněž tento postup je pro provozní použití nevhodný.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob a zařízení pro měření tl-oušťky filtračního- materiálu vláknité struktury podle vynálezu. Podstata zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že nádoba o svislých stěnách, například válcová, je u dna propojena poddajnou spojkou se šikmou hladinoniěrnou trubicí opatřenou stupnicí -a upevněnou stavitelně ke stolku. Na stolku je rovněž upevněna nádoba a svisle pohyblivý držák pro podepření a ponoření vzorku filtračního materiálu po-d hladinu kapaliny v nádobě. Stolek je uspořádán pro vodorovné vyrovnání.

Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v- ,tom, že se .prázdný držák vzorku ponoří pod hladinu na dno nádoby, nebo- jiný pevný doraz a odečte se na hladinoměrné trubici výška hladiny. Poté sena vynořený držák ve vodorovné polo-ze umístí vzorek filtračního materiálu o známé konstantní půdorysné ploše .a rovněž se odečte výška hladiny kapaliny v- nádobě. Vzorek se ponoří s držákem pod hladinu až na doraz držáku. Po ustálení hladiny, tj. n-asáknutí kapaliny do pórů vzorku se odečte výška hladiny v nádobě. Rozdíl této výšky hladiny od výšky hladiny s ponořeným prázdným držákem představuje výšku hladiny vytlačené ponořením vzorku Ah₀. Poté je pomocí držáku vzorek vyzdvižen nad hladinu kapaliny v nádobě. Tím je spolu se vzorkem nad hladinu vynesen objem k<p-allny n-asáklý do vzorku. Po ustálení hladiny se odečte její výška a odečte od výšky hladiny před ponořením vzorku a držáku. Je tak-stanoven rozdíl výšek hladin kapaliny v nádobě způsobený odebráním objemu kapaliny nasáklého do vzorku filtračního materiálu Ahi. Při známém a konstantním plošném obsahu půdorysu nádoby na kaplinu lze sklon hladinoměrné trubice nastavit tak, aby odebrání objemu kapaliny rovnajícímu se plošnému obsahu vzorku filtračního materiálu krát-například 1 mm způsobilo na stupnici hladinoměrné trubice pokles, například 10 (mm. Tím je dosaženo přímého- vztahu mezi-tloušťkou vzorku filtračního materiálu a rozdílem hladin kapaliny v nádobě měřených hladino-měrnou trubicí. Tloušťku filtračního materiálu L lze vyjádřit jako součet L = Lo + + Li, kdy Lo je průměrná tloušťka objemu vláken, neboli plošná objemnost a Li je tloušťka nezaplněného objemu filtračního materiálu. -Je zřejmé, že v ideálním případě, kdy filtrační materiál by byl tvořen dokonale nenasákavými vlákny a kapalina do pórů filtračního materiálu by nasákla dokonale, by Lo = Aho a Li = Ahi a tedy L _ Aho + -I- Ahi. Ve skutečnosti nedochází k zcela dokonalému nasáknutí kapaliny do filtračního materiálu, i když při použití vhodné nízkoviskózní kapaliny s malým povrchovým napětím, jako ethylalkohol, izopropylalkohol apod., moho-u být rozdíly velmi malé, avšak

239406 nedojde-li k dokonalému nasáknutí kapaliny do pórů vzorku filtračního materiálu, bude změřená hodnota Ahi, menší od Li, ale o tuto rozdílovou hodnotu se zvětší výška kapaliny vzorkem vytlačená Aho při jeho ponoření pod hladinu kapaliny v nádobě, která je pak o tuto hodnotu větší než Lo. Na hodnotu součtu Aho + Ahi nemá kvalita nasákavosti filtračníhoi materiálu ani případná nasákavost vláken materiálu vliv a tloušťku filtračního materiálu lze způsobem podle vynálezu stanovit a je-li vzorek filtračního¹ materiálu jen nedokonale nasákavý k měření použitou kapalinou.

Použití kapaliny na níž je vzorek nenasákavý, nebo· téměř nenasákavý a tím měření zredukovat jen na měření výšky vzorkem vytlačené kapaliny Aho, neboť Ahj. by mělo nulovou hodnotu, je zcela nevhodné, protože povrch filtračních materiálů je nerovný a členitý a zůstávaly by na něm bublinky vzduchu a takto' stanovená tloušťka by tedy byla vyšší než skutečná průměrná tloušťka filtračního materiálu.

Výhodou způsobu podle vynálezu je zejména to, že při použití kapaliny dobře nasákavé do filtračních materiálů, jež zpravidla mají velmi malé objemové zaplnění, takže objem vláken představuje většinou jen několik procent objemu filtračního materiálu, je hodnota výšky vytlačené kapaliny Aho zcela zanedbatelná. Při kontrole tloušťky filtračních materiálů s větším objemovým zaplněním, tedy nezanedbatelnou výškou vzorkem vytlačené kapaliny Aho, lze při kontrole téže výrobní šarže materiálu, která je samozřejmě vyrobena z téhož materiálu a má téměř konstantní plošnou hmotnost, postup měření zredukovat na měření pouze výšky objemu do vzorků nasáklé kapaliny Ahi, neboť hodnota výšky kapaliny vzorkem vytlačené Aho bude prakticky konstantní a lze jí tedy k stanovení tloušťky vzorku L ke kolísající hodnotě Ahx přičítat jako předem stanovenou konstantu. Provádění měření výšky vytlačené kapaliny Aho je tedy nezbytné, stanovuje-li se tloušťka dosud z tohoto hlediska neznámého filtračního materiálu, ale po jejím stanovení lze kontrolu téže výrobní šarže filtračního materiálu toutéž kapalinou provádět bez tohoto rozšířeného' postupu měření, měřením jen výšky Ahx a přičítáním konstantní hodnoty Alio, která je u převážné většiny filtračních materiálů, jež mají malé objemové zaplnění při použití vhodné dobře nasákavé kapaliny z hlediska citlivosti metody měření pod hranicí rozlišitelnosti, tedy nulová.

Další výhodou způsobu podle vynálezu je možnost uchování měřených vzorků a tedy možnost vícenásobného měření téhož vzorku pro kontrolní účely, či použití tohoto' vzorku pro jiná následná měření. Podmínkou je použití beze zbytku odpařitelné kapaliny a šetrná manipulace se vzorkem nasáklým kapalinou. Například k jeho sejmutí z držáku je vhodné použití vidlice tvarově obdobné tomuto' držáku, jíž se vzorek přemístí na rovinnou podložku, na níž volně vyschne. Použitá kapalina nesmí být vůči materiálu vzorku agresivní.

Výhodou zařízení podle vynálezu je zejména jeho pohotovost a snadná obsluha. Sklon šikmé hladinoměrné trubice se při kalibraci zařízení nastaví stavitelným držákem a pro další měření se tato poloha zajistí.

Způsob měření tloušťky filtračního materiálu podle vynálezu předpokládá, že při styku tohoto s kapalinou nedojde k narušení jeho struktury a že materiál zachová tvar, který měl před nasáknutím kapalinou. U filtračních papírů pro filtraci kapalin je zachování struktury v kapalině podmínkou jejich funkce. U filtračních materiálů pro vzdušiny bylo splnění této' podmínky ověřeno na řadě filtračních materiálů z vláken skleněných, azbestových a celulózových a materiálech z kombinací těchto materiálů vyráběných papírenskou technologií různými výrobci. Ověřeny byly rovněž materiály s impregnací i neimpregnované a materiály s různými hydrofobními úpravami. Jako* kapalin bylo použito etylalkoholu a izopropylalkoholu. Deformace tvaru filtračních vrstev při nasáknutí uvedenými kapalinami nebyly zjištěny. Při použití jiných druhů kapalin, nebo aplikaci způsobu podle vynálezu na atypické filtrační materiály lze doporučit kontrolní ověření stanovené tloušťky s tloušťkou stanovenou opticky.

Příklad provedení zařízení podle vynálezu je znázorněn ve svislém řezu na přiloženém výkrese, v poloze vzorku nad hladinou před ponořením anebo po vynoření.

Příklad provedení způsobu měření tloušťky filtračního materiálu byl proveden na filtračním papíru, určeném pro vysoce účinnou filtraci pevných a kapalných aerosolů, vyrobeném ze skleněných mikrovláken a opatřeném hydrofobní úpravou pro' získání odolnosti proti kapkám vody nebo působení kondenzující vodní páry. Z tohoto filtračního papíru byly vykrojeny vzorky kruhového tvaru o průměru 100 mm. Vzorek se podepřel nad hladinou etylalkoholu v otevřené válcové nádobě, odečetla se výchozí výška hladiny, vzorek se ve vodorovné poloze ponořil pod hladinu, načež po nasátí etylalkoholu do pórů vzorku, tj. cca 10 s a zjištění, že nedošlo k vzestupu hladiny oprosti výšce hladiny s ponořeným prázdným držákem, se vzorek vynořil nad hladinu a po ustálení hladiny se změřil její pokles. Zařízení k provádění způsobu podle vynálezu je tvořeno válcovou nádobou 1 o svislých stěnách s vnitřním průměrem 105 mm, která je upevněna na stolku 2 opatřeném třemi stavěcími nožkami 11 a neznázorněnými libelami pro jeho vodorovné nastavení. Na stolku 2 je dále upevněn prostřednictvím posuvového mechanismu 4 svisle pohyblivý držák 5 z drátu 0 3 mm, ve vodorovné části tvaru podkovy. Nádoba 1 je u dna propojena poddajnou

9 7 spojkou 9 se šikmou hladinoměrnou trubicí 3, «opatřenou stupnicí 8 s milimetrovým dělením o délce 200 mm. Sklon šikmé hladinoměrné trubice 3 je cca: 1:11 a je před vlastním měřením nastaven pomocí stavitelných držáků 18 upevněných též na stolku 2. Při kalibraci zařízení byl do nádoby 1 přilit objem kapaliny odpovídající objemu válce o průměru 100 mm -a výšce 1 mm, což činí 7 854 mm³ a zajištěn sklon šikmé hladinoměrné trubice 3, při kterém zvýšení hladiny kapaliny 7 měřené na stupnici 8 činí 10 mm. Rozlišitelnost výšky hladiny kapaliny 7 v šikmé trubici 3 na stupnici 8 s milimetrovým dělením je 0,5 mm, tedy 0,05 mni tloušťky filtračního materiálu. Proto byla, jak je tomu v uváděném typickém příkladu měření, hodnota výšky vzorkem vytlačené kapaliny Aho stanovená jako rozdíl výšky hladin s ponořeným vzorkem a s ponořeným pdrázdným

DB držákem Aho = 0 mm, neboť plošná objemnost měřené filtračního materiálu při konkrétní plošné hmotnosti měřené šarže materiálu 93 g. m^-2 a při specifické hmotnosti skleněných vláken p ~ 2 500 kg . m~³ má hodnotu Lo = 0,0372 mm a výška vzorkem vytlačené kapaliny stanoveriá z rozdílu hladin Aho by musela mít hodnotu alespoň 0,05 mm, aby byla stanovitelná. Pokles hladiny v nádobě, způsobený odebráním objemu kapaliny nasáklého do vzorku odpovídal Ai =0,95 milimetru. Tloušťka měřeného vzorku materiálu L = Aho + Ahi byla 0,95 mm. Kontrolní měření bylo provedeno opticky při vzorku položeném na stolku mikroskopu přeostřením z roviny stolku na povrch líce filtračního papíru na 30 náhodně vybraných místech. Střední hodnota takto zjištěné tloušťky vzorku činila 0,9527 mm při střední kvadratické chybě 2,82 X 10^-2 mm.

Claims (1)

1. pRedmEt

   Způsob pro měření průměrné tloušťky filtračního materiálu vláknité struktury v nestlačeném stavu vyznačený tím, že vykrojený vzorek filtračního materiálu o konstantní půdorysné ploše se ponoří ve vodorovné poloze do kapaliny do- vzorku dobře nasákavé umístěné v otevřené nádobě o svislých stěnách se známou půdorysnou plochou a poté se vzorek s do něho nasáklou kapalinou z této nádoby vyjme a stanoví se tak z ¹