бесплатно для регионов
круглосуточный приём заявок
График работы:
пн-пт 9:00-18:00
г. Белгород, ул. Волчанская, 139

Газопроницаемость - что это, методы определения, измерение, ГОСТы

Товар из данной публикации:

Любой материал, соприкасаясь с внешней средой, может поглощать из нее газ или, наоборот, выделять их в окружающую среду.

Что такое газопроницаемость?

Под газопроницаемостью понимается свойство материала поглощать газообразные компоненты воздуха и других газов, присутствующих в окружающей среде.

Все зависит от разницы давлений в месте соприкосновения пограничного слоя материала и окружающего газосодержащего пространства. Наличие этого условия является основным для проникновения газов в тело.

Газовый поток всегда направляется от большего давления в меньшую сторону.

Степень газопроницаемости

На степень газопроницаемости влияет:

  • атомное строение материала;
  • его физическое состояние: твердое, жидкое газообразное;
  • его химическая природа;
  • химические характеристики окружающих газов и их температура.

Типы газопроницаемости

Газопроницаемостью в той или иной степени обладают все материалы. В зависимости от строения структуры материала и величины разницы давлений (перепада) выделяют 3 ее типа:

  1. диффузионный - представляет насыщение газа твердым телом, при отсутствии в нем пор. Например, это происходит в полимерных пленках и покрытиях из полимеров. Газы скапливаются в пограничной прослойке материала. Далее происходит их диффузия внутрь материала через всю его толщину и выделение с другой стороны наружу.
  2. молекулярная эффузия - представляет собой насыщение газом через поры материала, имеющих диаметр значительно меньше величины допустимого разгона молекул газовой среды.
  3. ламинарный поток газа - образуется при условии нахождения в газовой среде твердого тела, имеющего поры, значительно превышающие величину допустимого свободного движения газовых молекул.

Определение показателя газопроницаемости

Газопроницаемость материалов характеризуется коэффициентом проницаемости К, измеряемом в м4/сек.н или см/сек.ат. Он представляет количество газа, прошедшего при наличии нормальных условий (по температуре и давлении) за 1 секунду через единицу площадки материала, расположенной перпендикулярно к газовому потоку, при разнице давлений в единицу величины. 

Коэффициент К существенно зависит от химических характеристик самого газа.

Для ламинарного характера газового потока, беспрепятственно проникающего в поры материала, справедливо применяются законы, действующие для потока жидкостей. Основным из них является закон фильтрации Дарси, который интерпретируется формулой: К =Q•h/F•∆p•Т, где:

  • К - газопроницаемость;
  • Q - объем газа, проникающего за время Т в образец материала, высотой h, через поперечное сечение F при разнице давлений ∆p.

Величину проницаемости газа особенно важно отслеживать при производстве литых изделий в металлургической области. Это касается формовочных и стержневых смесей, используемых для изготовления форм при отливке изделий из металлов.

Назначение и характеристики формовочных и стержневых смесей

Способность формовочных и стержневых смесей поглощать газ, выделяемые во время охлаждения отливки важна потому, что при недостатке газопроницаемости формообразующих смесей возникает опасность образования газовых раковин в отливаемом изделии.

Для устранения недостаточного поглощения газа подбирают нужный состав смесей для форм и стержней. Наиболее подходящим материалом в качестве наполнителя является кварцевый песок. Связующим материалом для поддержания формы служит глина. Но она ухудшает газопроницаемость формы, поэтому в состав смеси ее вводят не больше 12%.

Учитывается также размер песчаной фракции. Крупная фракция песка обеспечивает высокий уровень газопроницаемости, его используют при отливке изделий больших размеров. Это позволяет отвести значительное количество газов, образующихся в производстве крупногабаритного литья.

Мелкозернистый песок применяют для формовочных смесей и стержней в производстве небольших литых изделий.

Стержни используются для формирования внутренних поверхностей изделий. Они находятся в экстремальных условиях, поскольку окружены со всех их сторон расплавленным металлом. Поэтому стержневые смеси должны включать компоненты, придающие им высокие свойства прочности и газового поглощения. Глину, исполняющую связующую роль, используют только для формирования стержней, предназначенных для больших отливок простой конфигурации.

Для сложных небольших отливок стержни готовят из смесей, с добавками связующих компонентов из смол, жидкого стекла и других веществ.

Чтобы повысить газопроницаемость, нередко в смесь добавляют 2-3% опилок из древесины, либо торф.

Методы определения газопроницаемости

Методы, используемые для установления показателя проницаемости газа, зависят от материалов, для которых необходимо получить эту характеристику.

Относительно газового поглощения формовочных и стержневых смесей применяют две основных методики определения степени газопроницаемости этими материалами:

  1. косвенный метод;
  2. прямой метод.

Косвенный способ замера основан на определении объема газа, который выделяется из испытуемого образца под воздействием на него высоких температур до 750-1200 °С, созданных в электропечи.

После нагрева печи до определенной температуры в нее помещается испытуемая измельченная смесь, помещенная в специальную трубчатую колбу, которую быстро закрывают. Выделяющийся из смеси газ, устремляется в мерную кювету, с которой соединен один конец колбы, вытесняя воду, находящуюся в ней.

Одновременно в момент помещения образца в печь и его герметизации в колбе секундомером засекают время начала вытеснения газом воды. Объем, вытесненной из кюветы воды, за определенный промежуток времени и будет показателем объема выделившегося газа.

Прямой метод определения газопроницаемости образца в виде песчаной формовочной смеси или стержня заключается в непосредственном контакте с расплавленным металлом, тепловое действие которого, производит сжигание или расплавление органических компонентов, находящихся в образце.

При помощи счетчика фиксируется количество выделенных газов и скорость процесса их выделения. 

Устройство (конструкция) прибора определения газопроницаемости 

Для определения газопроницаемости формообразующих оболочек и стержней используют приборы, принцип действия которых основан на косвенном методе.

"Конструктивная схема прибора для определения газопроницаемости"

Конструктивная схема прибора для определения газопроницаемости

Все элементы прибора смонтированы на одной станине 1. На ней закреплены:

  • резервуар (бак) для воды - 2;
  • трубка, размещенная в баке - 3;
  • направляющий колпак колокола, с необходимым запасом воздуха – 4;
  • калиброванный груз, уложенный на колокол, для создания давления под колоколом 980,7 Па (10 см водяного столба) – 5;
  • воздуховод, связанный с трубкой (3) – 6;
  • кран трехходовой для регулировки подачи воздуха из рабочего пространства под образцом в трубку – 7;
  • резиновая пробка для размещения гильзы для образца – 8;
  • гильза – 9;
  • испытуемый образец – 10;
  • заглушка воздуховода – 11;
  • манометр для воды – 12;
  • резервуар для манометра с водой.

В случае отсутствия газопроницаемости в образце, давление в системе будет составлять 980,7 Па. Воздух не будет расходоваться.

Если же воздух будет проникать в образец, далее, проходя сквозь него, он будет выходить в атмосферу, и давление внутри системы понизиться на величину улетучившегося воздуха. 

Для получения точности результата воздушный поток пропускается сквозь образец определенного размера под не меньше 3 раз при разной скорости его потока. За результат принимается средний показатель трех проведенных замеров

Популярные приборы для измерения газопроницаемости

Прибор 04316

Для определения показателя проницаемости газа широко распространены приборы, относящиеся к колокольному типу. 

"Прибор газопроницаемости марки 04316 - фото"

Фото - Прибор газопроницаемости марки 04316

Такой прибор применяют для исследования газопроницаемости формовочных смесей и стержней. Может эксплуатироваться при температуре воздуха от 15 до 35оС и его влажности 40-89%.

Модель 04315-M

Модель марки 04315-M, относящаяся к компрессорной разновидности устройств.

"Фото - Модель марки 04315-M"

Фото - Модель марки 04315-M

Принцип работы заключается в замере показаний перепада давления, возникающего в результате прохождения через образец воздуха, который нагнетается работающим компрессором. Процесс осуществляется автоматически, задействованы всего две кнопки. 

Прибор ПСХ-10М

Прибор марки ПСХ-10М, используется для замера газопроницаемости тел, имеющих дисперсное строение.

"Прибор ПСХ-10М - фото\"

Фото - Прибор ПСХ-10М

Панель прибора содержит клавиатуру для введения необходимых параметров, а также есть дисплей. Это позволяет работать автономно.

ГОСТы

Определение газопроницаемости проводится в соответствии с требованиями нормативной документации ГОСТ 11573-98 «Изделия огнеупорные. Метод определения коэффициента газопроницаемости».

В части, касающейся определения показателя коэффициента газопроницаемости, ГОСТ 11573-98 полностью соответствует международному стандарту ИСО 8841-91 «Плотные огнеупорные изделия. Определение газопроницаемости»

Автор статьи
Фото менеджера Бондарева Лаура
Бондарева Лаура
По вопросам скидок, объемов, доставки и др. звоните: +7 (499) 34 66 449 доб. 10 или пишите: info.gesla@yandex.ru
Дата публикации: 8 февраля 2021
Прочитано: 9 608