EN |

EN

EN |

FA

روش‌های ارزیابی مدیا

فهرست مطالب

وزن پایه یا گرماژ

گرماژ یا وزن پایه فیلتر نشان‌دهنده جرم واحد سطح است و در سیستم SI با واحد g/m² بیان می‌شود، در حالی که در صنایع کاغذ و نساجی ایالات متحده از واحدهای غیرمتریک مانند lb/1,000 ft²، oz/yd² و g/yd² استفاده می‌گردد. در صنعت کاغذ، وزن پایه معمولاً بر اساس وزن یک ریم با ابعاد مشخص (رایجاً ۲۴×۳۶ اینچ معادل ۳۰۰۰ ft²) تعریف می‌شود، اما در کاربردهای صنعتی نظیر فیلترهای صفحه‌ای، ممکن است ریم‌هایی با مساحت‌های متفاوت به‌کار رود که در این حالت تعیین دقیق سطح مرجع ضروری است.

از جدول ۱ برای مقایسه استفاده می‌شود، ولی تا حد ممکن، به‌دلیل تنوع واحدها و پیچیدگی مقایسه، استفاده از گرماژ استاندارد g/m² برای ارزیابی و مقایسه فیلترها توصیه می‌شود. گرماژ فیلترهای بی‌بافت در بازه وسیعی تغییر می‌کند؛ از حدود ۹۰۰ گرم بر متر مربع در فیلترهای نمدی سنگین تا مقادیر بسیار پایین در لایه‌های سبک. در فیلترهای کامپوزیتی با کارایی بالا و لایه‌های الکتروریسی‌شده، گرماژ می‌تواند به محدوده‌های بسیار پایین، در حدود ۰.۰۱ تا ۰.۱ گرم بر متر مربع، برسد که بیانگر استفاده از لایه‌های نانومقیاس برای افزایش راندمان فیلتراسیون با حداقل جرم سطحی است.

محتوای مواد فرار و رطوبت

محتوای رطوبت و مواد فرار بخشی از وزن پایه توده الیاف را تشکیل داده و بر خواص عملکردی فیلتر اثرگذار است. رطوبت الیاف تابع رطوبت تعادلی ماده خام و شرایط دما و رطوبت محیط بوده و رطوبت تعادلی به حالتی اطلاق می‌شود که الیاف با شرایط محیطی (معمولاً ۲۱ درجه سانتی‌گراد و ۶۵٪ رطوبت نسبی) در تعادل باشند. مدیاهای حاوی الیاف سلولزی رفتار هیسترزیس رطوبتی نشان می‌دهند و روش آماده‌سازی وب می‌تواند بر مقدار رطوبت تعادلی مؤثر باشد. جدول ۲ شامل مقادیر رطوبت تعادلی چند نوع الیاف مورد استفاده در مواد بی‌بافت و نساجی است.

مواد فرار شامل مجموع رطوبت و ترکیبات آلی فرار موجود در وب الیاف است و با مفهوم زیست‌محیطی VOC که صرفاً به ترکیبات آلی فرار اشاره دارد، متفاوت است. در وب‌های رزین‌پیوند، رطوبت و ترکیباتی مانند فرمالدهید می‌توانند در اثر فرآیند پخت آزاد شوند؛ بنابراین در گزارش گرماژ باید مشخص شود اندازه‌گیری در حالت همان‌طور که هست یا خشک مطلق انجام شده است. در این مدیاها، محتوای مواد فرار یک پارامتر کنترلی مهم بوده و بر خواصی مانند سختی، پایداری ابعادی و میزان پخت رزین اثر می‌گذارد و از نظر مقرراتی نیز تحت کنترل شدید قرار دارد. تعیین محتوای مواد فرار معمولاً با اندازه‌گیری کاهش وزن نمونه پس از حرارت‌دهی در شرایط مشخص، متداولاً ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۱۰ دقیقه، انجام می‌شود.

محتوای فرمالدهید

محتوای فرمالدهید در مدیاهای فیلتر از منظر ایمنی شغلی و ملاحظات زیست‌محیطی اهمیت بالایی دارد و معمولاً ناشی از استفاده از رزین‌ها یا اتصال‌دهنده‌های فرمالدهیدی است. اگرچه استاندارد اختصاصی برای سنجش فرمالدهید در مدیای فیلتر گزارش نشده، آزمون‌های مورد استفاده در پارچه‌ها و مواد پلیمری به‌طور معمول برای این کاربرد نیز قابل تعمیم هستند. این روش‌ها شامل استانداردهای ISO و ASTM برای تعیین فرمالدهید آزاد یا آزادشده در دیسپرس‌های پلیمری و منسوجات بوده و آزمون‌های مبتنی بر استخراج آبی یا جذب بخار را در بر می‌گیرند.

روش‌های AATCC 112 و استاندارد ژاپنی JIS L 1041 از رایج‌ترین روش‌ها برای اندازه‌گیری فرمالدهید آزادشده هستند که در آن‌ها نمونه در یک محفظه دربسته و در دمای کنترل‌شده قرار گرفته و میزان فرمالدهید آزادشده با روش رنگ‌سنجی اندازه‌گیری می‌شود. روش AATCC عموماً مقادیر بالاتری نسبت به روش ژاپنی گزارش می‌کند، مگر در سطوح بسیار پایین فرمالدهید، و اختلاف نتایج به نوع پارچه و سیستم رزینی وابسته است. بر اساس مقررات ایالات متحده، در صورتی که مقدار فرمالدهید آزاد بیش از ۱۰۰۰ ppm (۰.۱ درصد) باشد، الزام برچسب هشدار فرمالدهید برای محصول وجود دارد.

ضخامت مدیا

خامت مدیای فیلتر به فاصله عمودی بین دو سطح وب الیاف اطلاق می‌شود و معمولاً با قرار دادن نمونه تحت یک فشارسنج کالیپر و ثبت مقدار تماس پایه با سطح وب اندازه‌گیری می‌گردد. با توجه به ساختار حجیم و فشرده‌پذیر مدیاهای فیلتراسیون، نیروی اعمالی پایه نقش تعیین‌کننده‌ای دارد؛ فشار بیش از حد موجب فشردگی وب و قرائت کمتر از مقدار واقعی و فشار ناکافی باعث اثرگذاری الیاف سطحی و افزایش کاذب ضخامت می‌شود. از این رو، روش آزمون باید شکل، سطح تماس و نیروی پایه فشار را به‌طور دقیق مشخص کند.

روش‌های استاندارد متعددی برای اندازه‌گیری ضخامت وجود دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به BS EN ISO 5084 و ISO 9073-2 برای منسوجات بی‌بافت حجیم اشاره کرد. به دلیل ناهمگنی ساختاری وب الیاف، اندازه‌گیری ضخامت که در نواحی موضعی انجام می‌شود به تغییرات سطح، نقاط ضخیم یا نازک و زبری سطح حساس است. در مدیاهای موج‌دار مورد استفاده در فیلترهای چین‌دار، پارامترهای ضخامت کلی، ضخامت وب و ارتفاع موج تعریف می‌شوند که با اندازه‌گیری دو پارامتر، سومی قابل محاسبه است و در شکل ۱ نشان داده شده است.. ضخامت کلی با پایه مسطح قابل اندازه‌گیری است، در حالی که تعیین ضخامت وب و عمق چین‌خوردگی مستلزم پایه‌های گوه‌ای یا استفاده از روش‌های تصویربرداری نوری برای دسترسی به هندسه موج است.

شکل ۱- اندازه‌گیری مدیای فیلتر موج‌دار

نفوذپذیری هوا

نفوذپذیری هوا در مدیای فیلتر بی‌بافت بیانگر میزان جریان هوای عبوری از واحد سطح مدیا در یک افت فشار مشخص است و معمولاً با ثابت نگه‌داشتن افت فشار و اندازه‌گیری دبی هوا تعیین می‌شود. روش متداول آزمون، ASTM D737-04 است که با دستگاه Frazier Air Permeameter انجام می‌گیرد. در این روش، هوا از نمونه مهار‌شده عبور کرده و افت فشار روی مدیا و دهانه اندازه‌گیری می‌شود و دبی هوا از طریق جداول یا سنسورهای الکترونیکی دستگاه محاسبه می‌گردد. شکل ۲ عکس دستگاه  Frazier 2000s – ابزار نفوذپذیری هوا را نشان می‌دهد

جریان هوای اندازه‌گیری‌شده بر اساس قانون دارسی تعریف می‌شود که در آن، با ثابت بودن افت فشار و ویسکوزیته هوا، سرعت جریان تابعی از ثابت نفوذپذیری مدیا و ضخامت آن است. ثابت نفوذپذیری مستقیماً به ساختار و ریزساختار مدیای فیلتر وابسته بوده و شاخصی از سهولت عبور هوا از شبکه الیاف محسوب می‌شود.

شکل ۲- نفوذ سنج هوا

چگالی

چگالی وب یکی از پارامترهای ساختاری مهم در مدیاهای فیلتر بی‌بافت است که با عملکرد فیلتراسیون، به‌ویژه ظرفیت نگهداری گردوغبار، ارتباط مستقیم دارد. چگالی به‌صورت جرم واحد حجم مدیا تعریف می‌شود و از نسبت گرماژ به ضخامت وب محاسبه می‌گردد، به‌طوری که افزایش گرماژ یا کاهش ضخامت منجر به افزایش چگالی می‌شود. پارامتر توده یا بالک، که معکوس چگالی است، بیانگر حجم اشغال‌شده به ازای واحد جرم مدیا بوده و شاخصی از میزان فشردگی یا بازبودن ساختار وب محسوب می‌شود.

صلبیت (Solidity) و تخلخل

Solidity و تخلخل از پارامترهای ساختاری کلیدی در مدیاهای فیلتر بی‌بافت هستند. Solidity که با نماد χ بیان می‌شود و با عنوان packing density نیز شناخته می‌شود، کسری از حجم مدیا است که توسط فاز جامد اشغال شده و شامل الیاف، رزین‌ها و سایر افزودنی‌ها می‌باشد. در مقابل، تخلخل با نماد ε و برابر با (۱−χ)، بیانگر کسری از حجم کل مدیا است که به فضای خالی سه‌بعدی اختصاص دارد و نباید با نفوذپذیری هوا که یک پارامتر جریان وابسته به افت فشار است، اشتباه گرفته شود.

این دو پارامتر را می‌توان به‌صورت ظاهری و بر اساس وزن پایه، ضخامت مدیا و چگالی متوسط مواد تشکیل‌دهنده محاسبه کرد، به‌طوری که Solidity از نسبت چگالی وب به چگالی مواد و تخلخل از تفاضل آن از واحد به دست می‌آید. در تحلیل مدیاهای فیلتر، تمایز میان چگالی و Solidity و همچنین میان توده و تخلخل اهمیت دارد؛ چگالی به جرم الیاف در واحد حجم مدیا اشاره دارد، در حالی که Solidity حجم اشغال‌شده توسط مواد جامد را در همان واحد حجم بیان می‌کند. به‌طور مشابه، توده بیانگر حجم مدیا به ازای واحد جرم است، در حالی که تخلخل سهم فضای خالی از حجم کل مدیا را مشخص می‌کند.

اندازه منافذ و ساختار منافذ

اندازه منافذ، ساختار منافذ و تخلخل از پارامترهای به‌هم‌پیوسته‌ای هستند که رفتار فیلتراسیونی مدیای فیلتر بی‌بافت را توصیف می‌کنند. تخلخل بیانگر حجم فضای خالی و ظرفیت ذخیره آلودگی است، در حالی که اندازه و ساختار منافذ تعیین‌کننده ابعاد ذرات قابل به‌دام‌افتادن در مدیا هستند. در اغلب روش‌های اندازه‌گیری، منافذ به‌صورت کانال‌های استوانه‌ای ایده‌آل در نظر گرفته شده و اندازه آن‌ها بر حسب قطر معادل بیان می‌شود. دو پارامتر اصلی در توصیف اندازه منافذ شامل حداکثر اندازه منافذ یا نقطه حباب و اندازه منافذ جریان هستند.

نقطه حباب به‌عنوان شاخص حداکثر قطر منافذ، با اعمال فشار گاز به مدیای اشباع‌شده از یک مایع با کشش سطحی معلوم تعیین می‌شود. با افزایش فشار، نخستین عبور پیوسته هوا از بزرگ‌ترین منفذ به‌صورت تشکیل حباب مشاهده شده و فشار متناظر ثبت می‌گردد. حداکثر قطر منفذ از رابطه‌ای مبتنی بر کشش سطحی مایع، زاویه تماس و فشار اندازه‌گیری‌شده محاسبه می‌شود و در صورت وجود ستون مایع، فشار اعمالی باید برای اثر ارتفاع هیدرواستاتیکی تصحیح گردد. روش نقطه حباب در استاندارد ASTM F316 تعریف شده و روش‌های ASTM E128 و ISO 4003 نیز برای تعیین اندازه منافذ، عمدتاً در مدیاهای متخلخل سخت مانند فیلترهای فلزی متخلخل، به کار می‌روند.

اندازه منافذ جریان میانه

اندازه منافذ جریان میانه قطر منافذی است که جریان هوا از طریق مدیای مرطوب در آن برابر با ۵۰ درصد جریان همان مدیا در حالت خشک برای یک افت فشار مشخص است. این پارامتر میانگین ساده قطر منافذ نیست، زیرا منافذ بزرگ‌تر سهم بیشتری در جریان دارند.

روش اندازه‌گیری شامل تعیین جریان-فشار نمونه خشک، سپس اشباع کردن نمونه با مایعی با کشش سطحی و چگالی معلوم و ثبت دوباره جریان-فشار است. اندازه منافذ جریان میانه در فشاری تعیین می‌شود که در آن جریان نمونه مرطوب نصف جریان نمونه خشک باشد. این اندازه‌گیری می‌تواند با دستگاه‌های یک‌نگهدارنده یا دونگهدارنده انجام شود و نمودار جریان-فشار برای تعیین نقطه میانی به‌کار می‌رود.

اندازه‌گیری منافذ مدیاهای فیلتر با استفاده از ASTM F316-03 نوعی روش Porometry جریان اکستروژن است. در این روش، هوا برای بیرون راندن مایعی با کشش سطحی مشخص از حفره‌های مدیا به‌کار می‌رود. این تکنیک امکان تعیین نقطه حباب (حداکثر قطر منافذ)، اندازه منافذ جریان متوسط و کوچک‌ترین منافذ را فراهم می‌کند و اندازه‌گیری محدودترین بخش حفره‌ها را نیز شامل می‌شود.

روش شامل اشباع خودبه‌خودی نمونه با مایع مرطوب‌کننده و سپس اعمال فشار گاز غیرواکنشی برای تخلیه مایع است. جریان و فشار اندازه‌گیری شده در نمونه‌های خشک و مرطوب ثبت می‌شوند و نرم‌افزار دستگاه نمودار جریان‌ها را رسم می‌کند. فشار مربوط به اولین جریان نقطه حباب، فشار تلاقی منحنی مرطوب با نصف جریان خشک اندازه منافذ جریان متوسط و فشار همگرایی منحنی‌ها کوچک‌ترین منافذ را مشخص می‌کند.

علاوه بر اندازه‌های حفره حداکثر، متوسط و حداقل، این دستگاه‌ها امکان ارائه محدوده قطر حفره، توزیع اندازه حفره، نفوذپذیری گاز و تابع توزیع جریان مرطوب به جریان خشک را فراهم می‌کنند که ساختار سه‌بعدی منافذ و توزیع آن‌ها را به‌طور کمی مشخص می‌سازد. نمونه‌های تجاری پیشرفته شامل سری POROMETER 3G از Quantachrome Instruments و Capillary Flow Porometers از Porous Materials, Inc هستند.

FavoriteLoadingذخیره پست

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لینک ثبت نام دوره