ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИОНОСЕЛЕКТИВНЫХ МЕМБРАН В ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОГО СКВАЖИННОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

УДК 622.775; 004.023

Б01: 10.24412/2071-6168-2024-9-617-618

ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИОНОСЕЛЕКТИВНЫХ МЕМБРАН В ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОГО СКВАЖИННОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНА

С.Н. Гончаренко, З.М. Тюлюбаев

Целью работы является повышение показателей качества и сокращение эксплуатационных затрат на получение закиси-окиси урана за счет применения инновационной технологии предварительной обработки товарного десорбата на мембранной установке. Объектом исследования является новая технология очистки товарного десорбата от примесей, негативно влияющих на процесс осаждения и качество закиси-окиси урана. Предметом исследования является система взаимосвязей технологических показателей нанофильтрации и решение задачи выбора оптимального варианта использования ионоселективных мембран для очистки товарного десорбата.

Ключевые слова: оптимизация показателей мембранных процессов, оптимальная производительность мембраны, взаимосвязи показателей фильтрации, задача выбора ионоселективных мембран, повышение эффективности процесса фильтрации.

Введение. В настоящее время для выделения и концентрирования урана из различных урансодержащих растворов стали применяться мембранные процессы, основанные на фильтрации растворов через специальные мембраны. Данные процессы характеризуются простотой аппаратурного оформления и практическим отсутствием потребления дополнительных реагентов. В основу применяемых мембранных процессов заложен принцип напорной фильтрации растворов через полупроницаемые мембраны (наномембраны) [1,2,3]. При движении раствора под давлением по поверхности мембран - создается трансмембранное давление, которое вызывает прохождение через мембраны компонентов, размер частиц которых меньше размера пор мембраны с образованием потока пермеата (фильтрата). Раствор, содержащий компоненты с размером частиц больше величины пор мембраны - образует поток концентрата. Применение для такого типа фильтрации наномембран позволяет достаточно эффективно выделять в концентрат из урансодержащих растворов уран и другие целевые компоненты [4,5]. Проведенные исследования по нанофильтрации урансодержащих растворов позволили определить основные системные параметры технологии и установки фильтрации готовых десорбатов. Промышленные испытания на показали, что из товарного десорбата с содержанием урана 55,0-70,0 г/дм3, при кислотности 30,0-40,0 г/дм3, возможно получать концентрат с содержанием металла 100,0-135,0 г/дм3 и более, с аналогичной исходному значению (или меньше) кислоты. Тем самым было достигнуто общее снижение количества кислоты в обработанном методом нанофильтрации урансодержащем растворе на 40-50 %, а относительно урана концентрация уменьшилась в 1,7-2,2 раза, что позволило снизить расход аммиака на осаждение и вернуть в производство часть №Б04 с пермеатом. В процессе проведенных промышленных испытаний были выявлены зависимости эффективности процесса нанофильтрации товарного десорбата от показателей солевого состава, концентрации целевого металла и кислоты.

Таким образом, выполненные исследования подтвердили возможность сокращения операционных затрат на получение конечного продукта путем повышения количества и качества урана в получаемых десорбатах. Применение нанофильтрации десорбатов позволяет увеличить концентрацию урана более чем в 2 раза с одновременным снижением содержания относительно металла кислоты и ряда примесей, негативно влияющих на качество закиси-окиси урана. Вместе с тем, процесс нанофильтрации товарных десорбатов осложняется высокой агрессивностью сред и сложным солевым составом, при этом на каждом месторождении присутствует своя индивидуальная матрица состава технологических растворов, в том числе и товарного десорбата. Кроме того, качество (примесный состав, степень концентрирования урана, кислотность) обработанного на установке нанофильтрации раствора зависит от многих параметров, в первую очередь от исходной матрицы примесей товарного десорбата, что требует применение системного подхода для анализа технологических показателей, что предопределяет актуальность, научную новизну и практическую значимость данного исследования [6,7,8].

Материалы и методы. На первом этапе для определения стабильности технологических растворов (продуктивный раствор, товарный десорбат, маточники денитрации, десорбирующий раствор) было проведено исследование и мониторинг изменения их химического состава в зависимости от времени (15 часов, 48 часов, 168 часов). По результатам проведенных исследований были рассчитаны коэффициенты вариации концентрации показателей данных растворов (табл. 1).

По результатам мониторинга концентраций технологических растворов за 7 суток после отбора исходных проб значительных изменений состава в зависимости от времени не наблюдалось (коэффициент вариации не превышает 2%). Статистический расчет данного показателя убедительно доказывает, что данные технологические растворы являются стабильными по своему составу в течение времени и подходят для применения при использовании мембранных методов очистки, концентрирования и сепарирования.

Для проведения модельных экспериментов по выбору ионселективных мембран была задействована опытно-экспериментальная баромембранная установка, позволяющая в полной мере определить возможность различных типов мембран концентрировать уран и отделять сопутствующие примеси.

Для определения параметров работы мембран эксперименты были проведены в замкнутом цикле, без подключения установки к технологическим линиям подачи исходного товарного десорбата и линиям выхода пермеата и концентрата. Замкнутый цикл работы опытно-экспериментальной мембранной установки позволяет эффективно определить параметры работы мембран и получить показатели возможности концентрирования и сепарирования товарного десорбата без какого-либо влияния на основной технологический процесс.

При работе в замкнутом цикле было использовано две пробы исходного товарного десорбата. Объем каждой отобранной пробы составил 1 м3. Вся проба исходного товарного десорбата набиралась в емкость исходного раствора, соединенного с опытно-экспериментальной мембранной установкой. После разделения на пермеат и концентрат (концентрат делится на две части, одна из которых отправляется на рецикл) разделенный товарный десорбат возвращался обратно в ту же емкость исходного раствора. Принципиальная схема работы опытной установки показана на рисунке.

Таблица 1

Результаты статистического анализа коэффициентов вариации (Кв = а/Хср. *100%) технологических растворов через 15, 48,168 часов после отбора проб

Концентрация, мг/л Товарный десорбат Продуктивный раствор Десорбирующий раствор Маточники денитрации

Al 0,31 0,13 0,32 0,17

As 0,02 0,01 0,06 0,00

Ca 0,04 0,00 0,13 0,00

Fe 0,14 0,00 0,10 0,00

K 0,05 0,02 0,00 0,00

Mg 0,00 нет данных нет данных нет данных

Mo 0,22 нет данных 0,01 0,00

Na 0,00 0,14 0,04 0,02

P 0,00 0,49 0,02 0,61

Re 0,32 1,89 0,24 0,50

Si 0,01 0,02 0,02 0,06

V 0,09 нет данных нет данных нет данных

Zr 0,51 0,00 0,00 0,00

U, г/л 0,02 1,47 0,11 0,36

H2SO4, г/л 0,02 0,05 0,01 0,03

NO3, г/л 0,05 0,28 0,01 0,13

SO4, г/л 0,00 0,05 0,02 0,01

Принципиальная схема функционирования опытной мембранной установки

Для проведения экспериментов было использовано исходное множество альтернатив {ИМА} = {М1, М2, М3, М4}, где (М1 - мембрана Filmtec NF270, М2 - мембрана NF 90 (DOW), М3- мембрана Recsun RS-4040-NF (Recsun Membrane Technologies), М4- мембрана WF2-4040 (Vontron Membranes). Оценка показателей функционирования мембран была осуществлена по множеству оценочных критериев {F} = {F1,F2}, где F1 - группа технических критериев (размер мембраны (рабочая площадь, м2); рабочая температура, °С; максимальное рабочее давление, атм.; максимальный перепад давления на элементе, атм.; рабочий диапазон pH, минимальная селективность %), F2 - группа фильтрационных критериев (извлечение в пермеат, % (U, NO3, H2SO4).

Для получения количественных значений фильтрационных критериев оценки ионоселективных мембран каждый тип мембран был испытан при схожих режимах работы опытной мембранной установки. Давление на входе в мембранный модуль устанавливалось в диапазоне 22-27 бар. Выход концентрата устанавливался на уровне 50-54% от исходного питания. На 1 этапе были проведены эксперименты на товарном десорбате с содержанием U - 70 г/дм3, NO3 - 17,2 г/дм3, H2SO4 - 20 г/дм3. На 2 этапе были проведены эксперименты на товарном десорбате с содержанием U -55,1 г/дм3, NO3 - 20 г/дм3, H2SO4 - 24 г/дм3.

Результаты и обсуждение.

Результаты 1-го этапа экспериментов по тестированию мембран NF 270 Filmtec позволяют сделать вывод, что данных тип мембран достаточно эффективно концентририрует уран (средняя степень концентрации урана в концентрате составила- 1,95), при этом извлечение в прмеат нитратов и кислоты составило 59,6% и 51,1% соответственно. Извлечение урана в пермеат составило в среднем 1,74%. В результате второго этапа, средняя степень концентрации урана в концентрате составила- 1,88, при этом извлечение в пермеат нитратов и кислоты составило 55,85% и 50,14% соответственно. Извлечение урана в пермеат составило в среднем 1,82%.

Как видно из полученных данных 1-го этапа экспериментов мембраны Filmtec NF 90 эффективно концентрируют уран (средняя степень концентрации урана в концентрате составила- 1,97), при этом извлечение в пермеат нитратов и кислоты составило 58,7% и 50,1% соответственно. Извлечение урана в пермеат составило в среднем 0,72%. Однако следует отметить, что при работе с мембранами Filmtec NF 90 необходимо работать с более

высоким давлением по сравнению с мембранами № 270. Полученные данные второго этапа экспериментов позволили определить среднюю степень концентрации урана в концентрате равную 1,96, при этом извлечение в пермеат нитратов и кислоты составило 53,44% и 50,83% соответственно. Извлечение урана в пермеат составило в среднем 0,61%.

Результаты экспериментов по тестированию мембран Кеезип КБ -4040-NF на первом этапе выявили среднюю степень концентрации урана в концентрате 1,82, при этом извлечение в пермеат нитратов и кислоты составило 52,88% и 45,11% соответственно. Извлечение урана в пермеат составило в среднем 3,33%. На втором этапе средняя степень концентрации урана в концентрате составила- 1,82, при этом извлечение в пермеат нитратов и кислоты составило 45,05% и 43,15% соответственно. Извлечение урана в пермеат составило в среднем 3,29%.

Результаты экспериментов по тестированию мембран Уоп1гоп VNF2-4040 на первом этапе показали среднюю степень концентрации урана 1,81, при этом извлечение в пермеат нитратов и кислоты составило 50,65% и 43,36% соответственно. Извлечение урана в пермеат составило в среднем 2,32%. Результаты второго этапа экспериментов выявили среднюю степень концентрации урана в концентрате 1,86, при этом извлечение в пермеат нитратов и кислоты составило 50,37% и 45,54% соответственно. Извлечение урана в пермеат составило в среднем 2,97%.

Среднее извлечение в пермеат урана, нитрат-ионов и кислоты, полученное за 2 этапа проведения экспериментов при работе с различными мембранами, показано в табл. 2.

Таблица 2

Показатели среднего извлечения в пермеат. по результатам экспериментов_

Извлечение в пермеат, % Filmtec NF 270 Filmtec NF 90 Recsun RS -4040-NF Vontron VNF2-4040

1 этап экспериментов U 1,74 0,72 3,33 2,32

NO3 59,66 58,77 52,88 50,65

H2SO4 51,14 50,19 45,11 43,36

2 этап экспериментов U 1,82 0,61 3,29 2,97

NO3 55,85 53,44 45,05 50,37

H2SO4 50,14 50,83 43,15 45,54

Среднее извлечение U 1,78 0,67 3,31 2,65

NO3 57,76 56,11 48,97 50,51

H2SO4 50,64 50,51 44,13 44,45

Определение оптимальной ионоселективной мембраны по группе технических критериев предлагается осуществить на основе свертки показателей извлечения в пермеат урана Из.(и), нитрат-ионов Из.(КОз) и кислоты №.(H2SÜ4) соответственно, предусматривающей построение некоторых скалярных функций следующего вида ^рез(опт)=ЛИз.(и), (№.(NO3), №.(H2SO4)].

Для сведения многокритериальной задачи к однокритериальной, предлагается использовать метод поиска альтернатив с заданными (целевыми) свойствами по всем оценочным показателям (критериям), что приводит к возникновению в критериальном пространстве целевой (идеальной точки) [9,10]. Формализация числовой меры близости к целевой точке может обеспечить с учетом уровня значимости критериев требуемую однокритериальную оценку (1).

i(H3.(U),H3.(NO3),H3.(H2SO4)) = «;(Из; - Из(тах);)2, (1)

где те- весовое значение соответствующего i-го показателя, отн.ед.

В такой постановке оптимальной считается ионоселективная мембрана (ИСМ) будет описываться следующей функцией выбора KCMopt = {ИСМ | ИСМ =arg min 1(Из.(Щ (№.(NO3), №.(H2SO4))}.

На базе сформированного множества технических критериев была реализована процедура оценки соответствия оценочных критериев {Fq} различным типам ионоселективных мембран {ТИ№}. В такой постановке сформированное множество технических критериев оценки ионоселективных мембран имеет определенную (собственную) структуру предпочтений (значимости).

Кроме того, в рамках исследования сформирована структура предпочтений оценочных технических критериев. Степень предпочтения оценочных технических критериев (критерий Fz над индикатором Fx) задана в виде матрицы |(Fz, Fx)e [0,1], V Fz v Fx e {ТИ№}. Степень предпочтения оценочных технических критериев возможно задать в виде матрицы |(Fz, Fx)e [0,1].

Далее осуществляется реализация процедуры упорядочивания множества ионоселективных мембран. Степень предпочтения мембраны Ш над мембраной ng по оценочному техническому критерию F определяется величиной q F (nd, ng)e [0,1]. Для решения задачи выбора ионоселективных мембран необходимо осуществить процедуру слоевого упорядочивания альтернатив. Для этих целей для всех пар ионоселективных мембран по каждому оценочному техническому критерию заданы матрицы ||q F (nd, ng)|| и |||(Fz, Fx)||.

В данной постановке задача выбора наиболее предпочтительных мембран, составляющих подмножество Пнп выглядит следующим образом (2):

Пнп = {ТИПи | ТИПи e {ТИ№} л ТИПи = а^тах(и) фнп(ШПи) V u =1,3 }, (2)

где фнп(ТИПи) значение функции принадлежности ионоселективной мембраны ТИПи к подмножеству предпочтительных Пнп.

Для определения расчетных значений функции фнп(ТИПи) предварительно необходимо осуществить следующие операции.

Этап 1. Вычисляются числовые характеристики степени принадлежности ионоселективных мембран к подмножеству наиболее предпочтительных по оценочному техническому критерию F (3):

фнп(ТИПи, F) = 1 - sup [q F (Ш, Щ) - [q F (Щ, Ш)]. (3)

Этап 2. Формирование нечеткого отношения нестрогого предпочтения на множестве ионоселективных мембран, исходя из определенных функций принадлежности ТИПи к подмножеству предпочтительных мембран Пнп и структурой предпочтений на множестве оценочных технических критериев |||(Fz, Fx)|| (4):

ц(Ш, ng) = supmin(z,x) [фнп(ТИПи, Fz); фнп(ТИПи, Fx); |(Fz, Fx)]. (4)

Этап 3. Расчет значения функции принадлежности каждой ионоселективной мембраны к подмножеству предпочтительных (5).

фнп(ТИШ) = 1 - sup [ц Ti (nd, ng) - [ц Ti (ng, nd)]. (5)

Этап 4. В случае необходимости производится корректировка значений фнп(ТИПи) исходя из следующих соотношений (6).

Ф*нп(ТИПи) = {фнп(ТИПи), если ц Ti (nd, nd) =1, min [фнп(ТИПи), [ц Ti (nd, nd)], если ц Т (nd, nd) (6)

Реализация данных моделей (2-6) позволит решить задачу выбора (слоевого упорядочивания) ионоселек-тивных мембран по их приоритетности по множеству оценочных технических критериев с последующим ранжированием.

Используя предложенный комплекс оценочных технических и фильтрационных критериев, а также моделей оценки можно сделать вывод о том, что мембраны Filmtec NF 90 обладают большей селективностью по урану по сравнению с другими испытанными мембранами, при этом извлечение в пермеат кислоты и нитрат-ионов сопоставимо с показателями мембран Filmtec NF 270. Однако при этом следует отметить, что мембраны Filmtec NF 90 требуют более высокого давления для достижения необходимой эффективной производительности и селективности. Более высокая селективность данных мембран может существенно увеличить влияние эффекта концентрационной поляризации. Применение в промышленной мембранной установке производительностью 3,5-4 м3/ч. только мембран NF 90 предположительно может привести к снижению эффективного времени работы установки, увеличению времени и количества промывок. Мембраны Recsun и Vontron позвляют извлекать на 10% меньше нитрат-ионов и на 6 % меньше кислоты по сравнению с мембранами NF 270 и NF 90. При этом среднее извлечение U в пермеат у мембран Recsun и Vontron вдвое выше, чем у мембран Filmtec. Мембраны Filmtec NF 270 достаточно эффективно позволяют извлекать нитрат-ионы и кислоту в премеат, однако извлечение U в пермеат вдвое выше по сравнению с мембранами NF 90. В случае применения в промышленной мембранной установке только мембран Filmtec NF 270, содержание U в пермеате будет достаточно высоким, что приведет к росту затрат на повторную переработку урана, уходящего с пермеатом.

Таким образом, для применения в промышленной мембранной установке предлагается использовать два типа мембран, Filmtec NF 90 и Filmtec NF 270, показавших более низкое извлечение урана и более высокое извлечение нитрат-ионов и кислоты в пермеат. Использование мембран NF 90 и NF 270 в одной системе мембранной установки позволит получить более низкое извлечение U в пермеат и снизить влияние эффекта концентрационной поляризации.

Заключение. Таким образом, в ходе проведенного исследования были определены показатели составов технологических растворов и осуществлен мониторинг их изменения в зависимости от времени. В результате было показано, что технологические растворы относительно стабильны по своему составу в течение времени и подходят для применения при использовании мембранных методов очистки, концентрирования и сепарирования. Основываясь на данных предпосылках, были проведены модельные эксперименты по выбору наиболее перспективных вариантов использования ионселективных мембран для очистки товарного десорбата с учетом возможного колебания содержания металла в растворах. Было определено, что для применения в промышленной мембранной установке для очистки товарного десорбата оптимальными вариантами являются два типа мембран, Filmtec NF 90 и Filmtec NF 270, показавших низкое извлечение урана и более высокое извлечение нитрат-ионов и кислоты в пермеат по сравнению с другими модельными образцами.

Список литературы

1.Кондратьева Л.М., Свердлова О.Л., Добрынина Н.Н. Экспериментальное исследование функционирования ионообменных мембран // Сборник научных трудов Ангарского государственного технического университета. 2020. Т. 1. № 17. С. 82-86.

2.Маркузина Н.Н. Общие принципы функционирования мембран на основе нейтральных комплексонов // Специальная техника и технологии транспорта. 2021. № 9. С. 233-239.

3.Мулдер М. Введение в мембранную технологию. Пер с англ. С.И. Япольского, В.П. Дубяги. М.: Мир, 1999. 553 с.

4.Зарипова Р.С., Каляшина А.В., Степанова Г.С. Мониторинг концентрации ионов металлов в водной среде с применением мембранных технологий // Вода: химия и экология. 2023. № 3. С. 31-38.

5.Meng H., Li Z., Ma F., Jia L., Wang X., Zhou W., Zhang L. Preparation and characterization of surface imprinted polymer for selective sorption of uranium(VI) // Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2015. Vol. 306. No 1. P. 139-146.

6.Седелкин В.М., Шнайдер М.Г., Потехина Л.Н. Исследование индикаторных ионоселективных свойств полупроницаемых мембран из полярных полимеров // В сборнике: Актуальные вопросы современной науки, технологии и образования. Сборник статей I Международной научно-технической конференции. Энгельс, 2020. С. 8487.

7.Ren P., Yue Y., Wang K., Wu W., Yan Z. Synthesis and characterization of N,N,N,N-tetraalkyl-4-oxaheptanediamide as extractant for extraction of uranium(VI) and thorium(IV) ions from nitric acid solution // Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2014. Vol. 300. No 3. P. 1099-1103.

8.Guo Xiang C., Chun Ji X. Hydrodynamic regime as a major control on localization of uranium mineralization in sedimentary basins // Science China Earth Sciences. 2014. Vol. 57. P. 2928-2933.

9.Ашихмин А.А. Разработка и принятие управленческих решений: формальные модели и методы выбора. М.: Изд-во МГГУ,1995.80с.

10. Ивахненко А.Г., Юрачковский Ю.П. Моделирование сложных систем по экспериментальным данным. М.: Радио и связь, 1987. 123 с.

Гончаренко Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»,

Тюлюбаев Зекаил Маратович, соискатель, [email protected]. Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»

JUSTIFICATION AND SELECTION OF THE OPTIMAL OPTION FOR USING ION-SELECTIVE MEMBRANES IN THE TECHNOLOGY OF URANIUM UNDERGROUND BOREHOLE LEACHING

S.N. Goncharenko, Z.M. Tyulyubaev

The aim of the study is to improve the quality indicators and reduce operating costs for obtaining uranium oxide by using an innovative technology for preliminary processing of commercial desorbate on a membrane unit. The object of the paper is a new technology for cleaning commercial desorbate from impurities that negatively affect the precipitation process and quality of uranium oxide. The subject of the study is a system of interrelations of technological indicators of nanofiltration and the solution of the problem of choosing the optimal option for using ion-selective membranes for cleaning commercial desorbate.

Key words: optimization of membrane process indicators, optimal membrane performance, filter of interrelations, the problem of choosing ion-selective membranes, increasing the efficiency of the filtration process

Goncharenko Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Moscow, National Research Technological University "MISIS",

Tyulubaev Zekail Maratovich, applicant, [email protected], Russia, Moscow, National Research Technological University "MISIS"

УДК 655.33; 621.382

Б01: 10.24412/2071-6168-2024-9-621-622

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПРИ ТЕЧЕНИИ ПАСТЫ ЧЕРЕЗ СЕТЧАТУЮ ОСНОВУ

ТРАФАРЕТНОЙ ФОРМЫ

С.Н. Литунов

Для снижения графических искажений в производстве ЕТСС-микросхем предложено использовать устройство, в котором точность нанесения рисунка достигается, в числе других факторов, за счет точного дозирования пасты в ячейках сетчатой основы печатной формы. Опытным путем определили зависимость давления, возникающего при протекании пасты через сетку, от скорости ее течения. Выяснено, что в диапазоне скоростей 2...20 мм/с давление составляет 2000...100000 Па. По экспериментальным данным получили аппроксимирующие уравнения, с помощью которых в дальнейшем решали обратную задачу — определение скорости течения пасты при заданном давлении, что необходимо для расчета конструктивных и технологических параметров печатного устройства.

Ключевые слова: печатная электроника, ТТСС-технология, трафаретная печать.

Введение. Технология низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (ЬТСС) применяется в производстве изделий, связанных с обработкой СВЧ-сигналов [1, 2, 3, 4, 5, 6]. В производстве микросхем по ЬТСС-технологии используется способ трафаретной печати, посредством которого специальными пастами наносят токове-дущие дорожки, резистивные, емкостные и индукционные элементы, а также заполняют переходные отверстия. При этом указанный способ печати обладает известным недостатком: недостаточная точность печати вследствие растяжения сетки под действием ракеля во время рабочего хода. Снизить растяжение сетки позволит устройство, в котором вместо плоского ракеля применен дозирующий и цилиндрический ракели [7]. Основная задача, возложенная на дозирующий ракель, заключается в точном заполнении пастой ячеек сетчатой основы печатной формы.

При проектировании такого устройства необходимо знать давление, при котором паста течет через сетку. Моделирование процесса течения весьма вязкой жидкости через отверстия малого размера и сложной пространственной структуры, является отдельной и непростой научной задачей. В работе определяли давление начала течения пасты через ячейку определяли опытным путем.

Постановка задачи. Ранее [8, 9, 10] было установлено, что распределение давления в жидкости перед ракелем имеет вид показанный на рис. 1.

Там же было отмечено, что паста начинает протекать через сетку не сразу, а по достижении некоторого порогового давления. Это обусловлено силами поверхностного натяжения, которые удерживают пасту на поверхности и внутри сетки. Течение пасты начинается только поле того, как силы внешнего воздействия станут больше сил поверхностного натяжения. Для расчета количества пасты, прошедшей через сетку под действием ракеля, необходимо определить пороговое давление, при котором паста начинает движение через сетку.

Описание эксперимента. Измерение давления начала протекания пасты через сетку проводили с помощью разрывной машины 7"шск/Яое11 БТ2-РЯ010ТЕ.Л90, настроенной на сжатие. Начало течения измеряли с помощью приспособления, схема и изображение которого показаны на рис. 2. Опыты проводили с использованием сеток 150.31 и 165.31 (150 и 165 нит./см, диаметр нити 31 мкм, материал нитей ПЭТ). Сетки с указанными параметрами используют в ЬТСС-технологии.

Перед опытом образец сетки помещали между корпусом 1 и фланцем 2 и закрепляли винтами 3. В отверстие, расположенном в корпусе, помещали дозированное количество пасты (2 см3), уплотнительную пробку из резинотканевой пластины толщиной 2 мм (на рис. 2 справа паста, сетка и пробка не показана), а затем стальной поршень. Приспособление устанавливали в разрывную машину. В качестве пасты использовали металлизированную печатную краску, схожую по своим характеристикам с пастой, применяемой в ЬТСС-технологии.

При проведении опытов выполняли следующие операции.

1. Подвод зажимов в начальное положение.