CZ304221B6

CZ304221B6 - Způsob nízkotlaké plazmové úpravy povrchu práškových materiálů a zařízení pro provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ304221B6
Application number: CZ2013-113A
Authority: CZ
Inventors: Adam Pazourek; Anton Malakhov; Jiří Cerman; patenka Petr Ĺ; Jan HladĂk
Original assignee: Technická univerzita v Liberci; Surfacetreat A.S.
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-01-08
Also published as: CZ2013113A3

Abstract

Způsob nízkotlaké plazmové úpravy povrchu práškových materiálů (17) s malou velikostí částic se sklonem k tvorbě aglomerátů (18) tvořených shluky navzájem spojených částic práškového materiálu ve vakuovém tělese, v němž je uspořádán alespoň jeden plazmový zdroj a míchací zařízení (1) zahrnující osu (9) a alespoň jedno rameno (2) spojené s osou (9), které promíchává práškový materiál. Podstata řešení spočívá v tom, že práškový materiál (17) při míchání prochází soustavou pružných členů (3) uložených na rameni (2) v rozestupech umožňujících prostup částic práškového materiálu (17), přičemž pružné členy (3) při nárazu na aglomeráty (18) větší než jsou rozestupy mezi pružnými členy (3) akumulují kinetickou energii aglomerátů (18) a následně ji uvolňují ve formě rázové energie, přičemž dochází k rozbití aglomerátů (18). Předmětem řešení také je zařízení pro provádění výše popsaného způsobu úpravy práškových materiálů (17).

Description

Způsob nízkotlaké plazmové úpravy povrchu práškových materiálů a zařízení pro provádě· ní tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu nízkotlaké plazmové úpravy práškových materiálů a zařízení pro provádění tohoto způsobu ošetření práškových materiálů, např. plastů, keramiky aj. plazmatem za účelem zvýšení počtu jejich povrchových vazeb.

Dosavadní stav techniky

Plazmová modifikace práškových materiálů všech druhů se provádí pomocí několika známých zařízení, respektive způsobů, které řeší problém velké povrchové plochy všech částic práškového materiálu, které mají být ošetřeny při současném promíchávání ošetřovaného prášku během procesu.

Např. jsou známá zařízení, u kterých prášek samovolně propadává oblastí s plazmatem nebo kde prášek je „kypřen“ proudem plynu (tzv. fluidized bed“), popř. kde prášek se nachází na vibračním loži. Jiné řešení spočívá vtom, že prášek je umístěn v perforovaném bubnu, který rotuje. Nevýhoda těchto zařízení je nízká účinnost. Výše uvedená zařízení se proto využívají pouze pro laboratorní účely, v průmyslovém měřítku jsou nevyužitelná.

DE 196 54 603 popisuje zařízení, které vychází z horizontálně uspořádaného válcového reaktoru, ve kterém je horizontálně uložená otočná míchací osa s vertikálními lopatkami uspořádanými za sebou, která při otáčení promíchává prášek uložený ve spodní části horizontálně uloženého válce. V horní části válce jsou uloženy plazmové trubicové zdroje, které přes míchací osu s vertikálními lopatkami působí na prášek. Nevýhody tohoto zařízení spočívají v tom, že plocha povrchu prášku vystavená v daný okamžik plazmatickému ošetření je malá, resp. je malý poměr této plochy vůči celkové mase prášku v horizontálním bubnu. To se projevuje v dlouhé době ošetření celé masy prášku a ve zvýšené energetické náročnosti. Další nevýhodou tohoto řešení je, že při promíchávání vznikají aglomeráty práškového materiálu, které brání plazmovému ošetření jednotlivých částic.

Dokument CZ 15 563 popisuje válcové vakuové těleso, jehož osa probíhá vertikálně. Míchací zařízení je tvořeno rotační lopatkou uspořádanou horizontálně ve spodní části válcového vakuového tělesa. Toto řešení zlepšuje poměr ošetřovaného povrchu k mase materiálu, zajišťuje konstantní vzdálenost lopatky míchacího zařízení od plazmového zdroje, což umožňuje stabilní elektrickou konfiguraci. Nevýhodou tohoto řešení zůstává tvorba aglomerátů práškového materiálu, které míchací zařízení tvořené jednou nebo více lopatkami nedokáže rozbít.

Úkolem vynálezu je vytvoření takového způsobu nízkotlaké plazmové úpravy práškových materiálů, který by umožnil účinné rozbíjení aglomerátů práškových materiálů během ošetření částic prášku plazmatem. Úkolem vynálezu také je vytvoření zařízení pro provádění tohoto způsobu.

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen vytvořením způsobu nízkotlaké plazmové úpravy povrchu práškových materiálů s malou velikostí částic se sklonem k tvorbě aglomerátů tvořených shluky navzájem spojených částic práškového materiálu ve vakuovém tělese. Podstata vynálezu spočívá v tom, že práškový materiál při míchání prochází soustavou pružných členů uložených na rameni v rozestupech umožňující prostup částic práškového materiálu. Pružné členy při nárazu na aglomeráty větší, než jsou rozestupy mezi pružnými členy, akumulují kinetickou energii aglomerátů a násled- 1 CZ 304221 B6 ně ji uvolňují ve formě rázové energie, přičemž dochází k rozbití aglomerátů. Tlakem, kterým na pružné členy působí aglomeráty práškového materiálu, se pružné členy vymrští a nárazem způsobí, že se aglomerát rozsype na jednotlivé částice práškového materiálu.

Je výhodné, že na práškový materiál působí současně otočné rameno s pružnými členy uspořádanými směrem vzhůru a pevné rameno s pružnými členy uspořádanými směrem dolů. Rozestupy mezi pružnými členy pevného ramene umožňují prostup pružných členů otočného ramene. Pružné členy otočného ramene prochází mezi pružnými členy pevného ramene, a při prostupu účinně rozbíjí aglomeráty práškového materiálu.

Na práškový materiál působí pružné členy vytvořené z ocelového lanka. Výhoda ocelového lanka spočívá vjeho pružnosti. Lanko se jen velmi pomalu opotřebovává, takže pružné členy mají velmi dlouhou životnost.

Práškový materiál je ze dna vakuového tělesa seškrabáván horizontální stěrkou uspořádanou na otočném rameni. Dochází tak zároveň k promíchávání práškového materiálu a kjeho vystavení působení plazmového zdroje. Práškový materiál je navíc seškrabáván i ze stěn vakuového tělesa vertikální stěrkou uspořádanou na otočném rameni. Účinně se tak zabraňuje ulpívání prášku na stěnách vakuového tělesa.

Předmětem vynálezu také je zařízení pro nízkotlakou plazmovou úpravu povrchu práškových materiálů s malou velikostí částic se sklonem k tvorbě aglomerátů tvořených shluky navzájem spojených částic práškového materiálu. Zařízení sestává z válcového vakuového tělesa opatřeného uzavíratelným násypkovým a výsypkovým otvorem, alespoň jednoho plazmového zdroje a míchacího zařízení. Míchací zařízení zahrnuje osu a alespoň jedno rameno spojené s osou. Podstata vynálezu spočívá vtom, že rameno je opatřenou soustavou pružných členů, kde pružné členy jsou na rameni umístěny v rozestupech umožňujících prostup práškového materiálu, přičemž pružné členy jsou vytvořeny s možností akumulace kinetické energie aglomerátů a její přeměny v rázovou energii pro rozbití aglomerátů práškového materiálu. Sypký práškový materiál, např. polymerní prášek aj. prochází rozestupy mezi pružnými členy, zatímco aglomeráty j sou pružnými členy zastaveny. Nárazem aglomerátů do pražných členů se pražné členy vymrští a aglomerát rozbijí na částice.

Ve výhodném provedení míchací zařízení sestává z alespoň dvou ramen, kde otočné rameno je uspořádáno otočně ve spodní části vakuového tělesa a pevné rameno je pevně spojeno s vakuovým tělesem. Pražné členy otočného ramene vystupují z otočného ramene směrem vzhůru a pražné členy pevného ramene vystupují z pevného ramene směrem dolů. Rozestupy pražných členů otočného ramene j sou vytvořeny s možností prostupu mezi pražnými členy pevného ramene. Otočné rameno rotuje kolem osy vakuového tělesa, přičemž jeho pražné členy prochází mezí pružnými členy pevného ramene. Tím je zajištěno rozbití aglomerátů, které se nerozbily rázovou energií pražných členů. Prosívání částic práškového materiálu mezi pružnými členy dále zajišťuje jeho „kypření“.

Je výhodné, že pražné členy jsou tvořeny nerezovým tankem. Nerezové lanko vykazuje vynikající pružnost a dlouhou životnost.

Dále je výhodné, že zařízení zahrnuje dvě vzájemně kolmé dvojice otočných ramen symetricky upevněných kose. Dvojice ramen opatřených pružnými členy zajišťuje rychlejší a pravidelné rozbíjení aglomerátů práškového materiálu. Dvojice ramen jsou navzájem spojeny pomocí rozebíratelného středového zámku, kterým prochází osa. Toto spojení umožňuje snadné rozebrání ramen v případě závady a jejich nahrazení novými součástmi.

V jiném výhodném provedení je každé otočné rameno opatřeno horizontální stěrkou pro odstranění práškového materiálu ze dna vakuového tělesa. Horizontální stěrky v pravidelných intervalu

-2CZ 304221 B6 seškrabávají práškový materiál ulpělý na dně vakuového tělesa, čímž zajišťují jeho neustálé „kypření“ a rovnoměrné ošetření plazmatem celé masy práškových částic.

Alespoň jedna dvojice otočných ramen je opatřena bočními vertikálními stěrkami pro odstraněni prášku ze stěn vakuového tělesa. Zabraňuje se tak ulpívání prášku jak na dně, tak na stěnách vakuového tělesa.

Také je výhodné, že horizontální stěrka je tvořena základnou vytvořenou jako trojúhelníkový profil, na jejíž přední stěně je polohovatelně upevněn břit s možností výškového nastavení. Trojúhelníkový profil základny zajišťuje oporu pro břit stěrky, který seškrabává částice práškového materiálu uchycené na dně vakuového tělesa. Po skosené stěně trojúhelníkové základny je potom možné snadno nastavovat výšku břitu.

Pružné členy jsou k otočným ramenům rozebíratelně připevněny pomocí nosného členu sestávajícího z alespoň jedné přídržné lišty rozebíratelně upevněné k základně horizontální stěrky. Toto provedení je výhodné, protože dojde-li k opotřebení části pružných členů, není nutné jejich výměna po celé délce otočného ramene, ale stáčí pouze odšroubovat jednu přídržnou lištu a vyměnit příslušné pružné členy.

V pevných ramenech jsou vytvořeny otvory pro uložení pružných členů, kdy stačí pevné členy pouze pro vléct otvorem. Není třeba je dále aretovat, svou vahou se v otvorech pevného ramene drží samy. Při opotřebení tak mohou být vyměňovány jednotlivě.

Výhody vynálezu spočívají v účinném rozbíjení aglomerátů částic práškového materiálu, čímž se dosahuje rovnoměrného ošetření povrchu částic plazmatem v krátkém čase, a dále ve snadné údržbě zařízení.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí výkresů, na nichž znázorňuje obr. 1 perspektivní pohled na míchací zařízení a obr. 2 řez vakuovým tělesem a míchacím zařízením a obr. 3 částečný řez vakuovým tělesem s míchacím zařízením a s práškovým materiálem.

Příklady provedení vynálezu

Rozumí se, že jednotlivá uskutečnění vynálezu jsou představována pro ilustraci, nikoli jako omezení technických řešení na výčet zde uvedených příkladů provedení. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování mnoho ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.

Na obr. 2 je zobrazen reaktor tvořený válcovým vakuovým tělesem 7. Osa 9 vakuového tělesa je uspořádána vertikálně. Ve víku 14 vakuového tělesa jsou uspořádány plazmové zdroje a přívod a odvod plynu, jímž je těleso 7 vyplněno během ošetření práškového materiálu 17. Plazmové zdroje ani odvod a přívod plynu nejsou na obr. 1 a 2 vyobrazeny. Vakuové těleso 7 je vyrobeno z nerezové oceli. Ve spodní části vakuového tělesa 7 je uspořádáno míchací zařízení i tvořené v tomto příkladu provedení dvěma vzájemně kolmými dvojicemi otočných ramen 2. Dvojice otočných ramen 2 jsou vzájemně spojeny středovým zámkem 13, kterým jsou zároveň upevněny k ose 9. Středový zámek 13 je nasazen na hřídeli 6. Každé z ramen 2 je opatřeno soustavou pružných členů 3. Ty jsou připevněny k základně JO tvořící spodní část ramene 2, pomocí přídržné lišty 12. V přídržné liště 12 jsou vytvořeny otvory, ve kterých jsou jednotlivě uloženy pružné členy 3. Přídržná lišta 12 je v tomto příkladu provedení tvořena třemi na sobě nezávislými částmi. V případě opotřebení pružných členů 3 stačí odšroubovat jen tu část přídržné lišty 12, kde

-3 CZ 304221 B6 se nachází opotřebené pružné členy 3, a vyměnit ji. Není nutné vyměnit celou přídržnou lištu 12 po celé délce ramene 2. Otočná ramena 2 a přídržné lišty 12 jsou vyrobeny z hliníku.

Pružné členy 3 jsou vyrobeny z ocelového lanka o průměru 2 mm. Na ramenech 2, 2/jsou uloženy v pravidelných rozestupech, které umožňují prostup práškového materiálu ošetřovaného ve vakuovém tělese 7. Pružné členy 3 otočných ramen 2 jsou orientovány směrem vzhůru a zapadají mezi pružné členy 3 pevných ramen 2', které jsou orientovány směrem dolů.

Dvojice pevných ramen 2/je spojena se stěnou vakuového tělesa 7. V tomto příkladu uskutečnění jsou ve stěně vakuového tělesa 7 symetricky podle osy 9 při vařena dvě oka 15, k nimž jsou pevná ramena 2' připevněna šrouby. Upevnění pevných ramen 2' lze řešit i jinými prostředky, lze je např. zevnitř přišroubovat k víku 14 vakuového tělesa 7 pomocí šroubů nebo závitové tyče a matek. Pevná ramena 2' jsou vyrobena z hliníku. V pevných ramenech 2' jsou vytvořeny otvory 8, kudy se provlékají pružné členy 3. Pružné členy 3 drží v otvorech 8 pevných ramen 2' vlastní vahou. Pružné členy 3 otočných ramen 2 prochází mezi pružnými členy 3 pevných ramen 2' při každém pootočení otočných ramen 2. Spolehlivé tak rozbíjejí aglomeráty 18 ošetřovaného práškového materiálu 17, které by zůstaly nerozbity působením rázové energie pouze pružných členů 3 otočných ramen 2. Délka pružných členů 3 otočných ramen 2 odpovídá délce pružných členů pevných ramen 2'.

Otočná ramena 2 jsou opatřena horizontálními stěrkami 4. Horizontální stěrka 4 je tvořena základnou 10 z trojúhelníkového profilu vyrobeného z teflonu. Na přední stěně ve směru otáčení trojúhelníkového profilu základny 10 je pomocí šroubů upevněn teflonový břit 11. Brit 11 seškrabává práškový materiál 17 ulpělý na dně vakuového tělesa 7. Z důvodu opotřebení břitu Tl během otáčení horizontálních stěrek 4 je břit 11 výškově nastavitelný. Výškové nastavení se provádí pomocí šroubů, kterými je upevněn k základně 10.

V tomto příkladu provedení je pouze jedna dvojice otočných ramen 2 opatřena vertikálními stěrkami 5, které odstraňují práškový materiál ulpělý na stěnách vakuového tělesa 7.

Zámkem 13 prochází osa 9 tvořící hřídel 6. Hřídel 6 zabírá se zámkem 13, takže se otáčí pouze otočná ramena 2. Ve střední části dvojice pevných ramen 2' je v tomto příkladu provedení, jak je zobrazeno na obr. 1 vytvořen otvor 16 pro průchod hřídele 6, která s ním ale nezabírá. Tento otvor pouze brání vychýlení hřídele 6 z osy 9.

Práškový materiál 17 je promícháván míchacím zařízením i ve vakuovém tělese 7. Sypký práškový materiál 17 prostupuje bez odporu mezi pružnými členy 3 otočného a pevného ramene 2, 2'. Pokud se v práškovém materiálu 17 vytvoří aglomeráty 18 částic, jsou rozbíjeny jednak vypraženým pražných členů 3 pevného nebo otočného ramene 2, 2', nebo jsou rozdrceny v okamžiku, kdy pružné členy 3 otočného ramene 2 prochází mezi pražnými členy 3 pevného ramene 2'. Horizontální škrabky 4 seškrabávají práškový materiál 17 ze dna vakuového tělesa 7 a vertikální škrabky 5 seškrabávají práškový materiál 17 ze stěn vakuového tělesa 7. Práškový materiál 17 tak je neustále promícháván, je udržován v sypkém stavu, aglomeráty j_8 částic prášku 17 jsou pravidelně rozbíjeny, takže dochází k rovnoměrnému ošetření všech částic v celé mase práškového materiálu 17.

Průmyslová využitelnost

Způsob a zařízení pro nízkotlakou plazmovou úpravu povrchu práškových prášků podle tohoto vynálezu lze využít v průmyslových i laboratorních podmínkách pro úpravu a zlepšení povrchových vlastností práškových materiálů.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob nízkotlaké plazmové úpravy povrchu práškových materiálů (17) s malou velikostí částic se sklonem k tvorbě aglomerátů (18) tvořených shluky navzájem spojených částic práškového materiálu ve vakuovém tělese, v němž je uspořádán alespoň jeden plazmový zdroj a míchací zařízení (1) zahrnující osu (9) a alespoň jedno rameno (2) spojené s osou (9), které promíchává práškový materiál, vyznačující se tím, že práškový materiál (17) při míchání prochází soustavou pružných členů (3) uložených na rameni (2) v rozestupech umožňujících prostup částic práškového materiálu (17), přičemž pružné členy (3) při nárazu na aglomeráty (18) větší než jsou rozestupy mezi pružnými členy (3) akumulují kinetickou energii aglomerátů (18) a následně ji uvolňují ve formě rázové energie, přičemž dochází k rozbití aglomerátů (18).
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že na práškový materiál (17) působí současně otočné rameno (2) s pružnými členy (3) uspořádanými směrem vzhůru a pevné rameno (2') s pružnými členy (3) uspořádanými směrem dolů, přičemž pružné členy (3) otočného ramene (2) prochází mezi pružnými členy (3) pevného ramene (2'), čímž se rozbíjí aglomeráty (18) práškového materiálu.
3. Způsob podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že na práškový materiál (17) působí pružné členy (3) vytvořené z ocelového lanka.
4. Způsob podle alespoň jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že práškový materiál (17) je ze dna vakuového tělesa (7) seškrabáván horizontální stěrkou (4) uspořádanou na otočném rameni (2).
5. Způsob podle alespoň jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že práškový materiál je ze stěn vakuového tělesa (7) seškrabáván vertikální stěrkou (5) uspořádanou na otočném rameni (2).
6. Zařízení pro nízkotlakou plazmovou úpravu povrchu práškových materiálů (17) se sklonem k tvorbě aglomerátů (18) tvořených shluky navzájem spojených částic práškového materiálu (17) s malou velikostí částic pro provádění způsobu podle nároku 1 sestávající z válcového vakuového tělesa (9) opatřeného uzavíratelným násypkovým a výsypkovým otvorem, alespoň jednoho plazmového zdroje a míchacího zařízení (1), kde míchací zařízení (1) zahrnuje osu (9) a alespoň jedno rameno (2) spojené s osou (9), vyznačující se tím, že rameno (2, 2') je opatřeno soustavou pružných členů (3), kde pružné členy (3) jsou na rameni (2, 2') umístěny v rozestupech umožňujících prostup částic práškového materiálu (17), přičemž pružné členy (3) jsou vytvořeny s možností akumulace kinetické energie aglomerátů (18) a její přeměny v rázovou energii pro rozbití aglomerátů (18) práškového materiálu (17).
7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že míchací zařízení (1) sestává z alespoň dvou ramen (2, 2'), kde otočné rameno (2) je uspořádáno otočně ve spodní části vakuového tělesa (7) a pevné rameno (2') je pevně spojeno s vakuovým tělesem (7), přičemž pružné členy (3) otočného ramene (2) vystupují z otočného ramene (2) směrem vzhůru a pružné členy (3) pevného ramene (2') vystupují z pevného ramene (2') směrem dolů, a rozestupy pružných členů (3) otočného ramene (2) jsou vytvořeny s možností prostupu mezi pružnými členy (3) pevného ramene (2').
8. Zařízení podle nároků 6a 7, vyznačující se tím, že pružné členy (3) jsou tvořeny nerezovým lankem.

-5CZ 304221 B6
9. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 6 až 8, vyznačující se tím, že zahrnuje dvě vzájemně kolmé dvojice otočných ramen (2) symetricky upevněných k ose (9), navzájem spojených pomocí rozebíratelného středového zámku (13), kterým prochází osa (9).
10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že alespoň jedna dvojice otočných ramen (2) je opatřena horizontálními stěrkami (4) pro odstranění práškového materiálu ze dna vakuového tělesa (7).
11. Zařízení podle nároků 9 a 10, vyznačující se tím, že alespoň jedna dvojice otočných ramen (2) je opatřena bočními vertikálními stěrkami (5) pro odstranění prášku ze stěn vakuového tělesa (7).
12. Zařízení podle nároku 9 nebo 11, vyznačující se tím, že horizontální stěrka (4) je tvořena základnou (10) vytvořenou jako trojúhelníkový profil (10), na jejíž přední stěně je polohovatelně upevněn břit (11) s možností výškového nastavení.
13. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 6 až 12, vyznačující se tím, že pružné členy (3) jsou k otočným ramenům (2) rozebíratelně připevněny pomocí nosného členu sestávajícího z alespoň jedné přídržné lišty (12) rozebíratelně upevněné k horizontální stěrce (4).
14. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 6 až 13, vyznačující se tím, že v pevných ramenech (2') jsou vytvořeny otvory (8) pro uložení pružných členů (3).