LV11943B - Metode un ierīce adhezīvi aktīvas polimēru termonosēduzmavas iegūšanai - Google Patents

Description

Patents attiecas uz polimēru materiālu pārstrādi un var tikt izmautots termonosēdošu polimēra uzmavu (caumļveida nogriežņu) iegūšanai, izmantojot bezatlikuma tehnoloģiju, kā arī pielietojot paņēmienus, kas modificē un padara adhezīvi aktīvu uzmavu iekšējo virsmu, kam ir svarīga nozīme šo izstrādājumu ekspluatācijā.

Metodes pamatā ir kristalizēties spējīgu polimēru (pamatā poliolefinu) radiācijas vai ķīmiskā apstrāde, kas veicina polimēra makromolekulu “sašūšanos”.

Radiācijas apstrādē lieto gamma starojumu vai paātrinātu elektronu plūsmu, ķīmiskajā apstrādē - sašūšanas aģentu, piem., organisko peroksīdu klātbūtni.

Sašūšanās rezultātā radušās starpsaites starp makromolekulām veido telpisku (tīklveida) režģi, tādējādi izmaina polimēra struktūru, kā rezultātā mainās polimēra deformatīvās īpašības. Paaugstinātā temperatūrā šādi modificēti polimēri nepāriet viskozi tekošā deformatīvā stāvoklī (nekūst) un iegūst gumijai līdzīgas īpašības.

Ja polimēra materiālu deformē (piem., izstiepj pie temperatūras, kas lielāka par kristāliskās fāzes kušanas temperatūru, pēc tam atdzesē izometriskos apstākļos (deformētā stāvoklī), tad materiāls iegūst atbilstoši oientācijas veidam un pakāpei jaunu formu un izmērus. Pakļaujot orientēto materiālu atkārtotai karsēšanai, kristāliskā fāze kūst, deformētās starpmolekulārās saites relaksē (saraujas) un materiāls atgūst sākotnējo formu uu izmērus - izpaužas t.s. “formas atmiņas efekts”.

Zināmo metožu un ierīču pamatā, ar kuru palīdzību var iegūt termonosēduzmavas, ir sašūto polimēru cauruļveida izstrādājumu radiālā orientācija paaugstinātā temperatūrā ar tālāk sekojošu izstrādājumu atdzesēšanu orientētā stāvoklī. Orientāciju veic ar dažādiem paņēmieniem: plānsienu cauruli nepārtrauktā režīmā orientē izmantojot kalibrējošo kameru, kurā notiek sakarsētās caurules izpūšana ar saspiestu gaisu [1], biezsienu caurules nogriezni orientē uzsēdinot to uz lielāka diametra uzgaļa vai lieto citas mehāniskās orientācijas metodes, piem., rotējošus cilindrus, kas savstarpēji attālinoties izpleš cauruli [2] u.c.

Tuvākais prototips pēc metodes būtības un pielietotās ierīces principa ir radiācijas sašūta polimēra cauruļveida izstrādājuma nogriežņa (t.sk. biezsienu) orientācija izpūšot un veidojot iekšējo starpslāni no tā paša polimēra ar niecīgu sašūšauās pakāpi, to iepriekš termiski apstrādājot (veic virsmas termisko destrukciju adhezīvo īpašību uzlabošanas nolūkā [3],

Prototipa trūkumi ir sekojoši; orientācijai pakļauj atsevišķus nelielus cauruļveida nogriežņus, kuru abus galus uohermetizē ar mehānisko slēģu palīdzību, tādējādi pēc orientācijas rodas neorientēti caurules galu atlikumi; pielietotais starpslānis nenodrošina ekspluatācijā nepieciešamo paaugstinātas adhezīvās saistības efektivitāti; starpslāņa materiāls prasa obligātu virsmas termisko apstrādi; starpslāņa materiāls ir viegli kūstošs (salīdzinot ar pamatmateriālu), tam praktiski nepiemīt termonosēdspēki un to nevar izmantot vienlaicīgā orientācijā ar pamatmateriālu gadījumā, kad nepieciešama paaugstināta orientācijas temperatūra (piem., ja pamatmateriāls veidots no polietilēna un polipropilēua maisījuma u.c.).

Patenta mērķis - iegūt termonosēduzmavas, kam orientācijas procesā neveidojas tehnoloģiskie atlikumi; starpslāņa materiālu var orientēt vienlaicīgi ar pamatmateriālu jebkurā temperatūras diapazonā, kas nepieciešams pamatmateriāla orientācijai; iegūt termonosēduzmavas ar paaugstinātām adhēzīvām īpašībām un veikt starpslāņa iekšējās virsmas termisko apstrādi, ja tas nepieciešams adhezīvo īpašību uzlabošanai.

Mērķi iespējams sasniegt, ja vienlaicīgi orientē pamatpolimēru un adhezīvi aktīvo slāni veidojošo starppolimēru, kas izgatavots no speciālām kompozīcijām (polimēru maisījumiem; polimēra, kas satur adhezīvo saiti veidojošas neorganiskas dabas pildvielas; polimēra ar speciālu ķīmisko, termisko, plazmas u.c. fizikālo paņēmienu apstrādi), un orientācijas ierīce sastāv no divvirzienu kustībā esošām karsēšanas un jaunās formas fiksācijas (orientācijas) pusformām, kā arī izejmateriāla transportēšanas, nepieciešamās caurules galu hermetizācijas un saspiesta gaisa padeves sistēmām.

Patentējamai metodei un ierīcei ir atšķirīgas no prototipa pazīmes; orientāciju veic ar ierīces palīdzību, kas nodrošina bezallikuma tehnoloģijas izveidi; orientācijai pakļauj liela garuma polimēra caurules (piem., saritināta ruļļa veidā); iekšējais starpslānis izgatavots no polimēra kompozīcijas, kurai termiskās un deformatīvās īpašības salīdzināmas ar pamatpolimēra īpašībām.

Tādējādi patantējamai metodei un ierīcei ir “jaunuma” elementi. Būtiskās pazīmes, atšķirīgas no prototipa, zinātnē un tehnikā ir zināmas. Tikai aptverot šos elementus kopumā un savstarpējā saistībā, iespējams realizēt adhezīvi aktīvas polimēru termonosēduzmavas iegūšanu, kuras īpašības atbilst izvirzītām ekspluatācijā nepieciešamajām prasībām.

Metodes pielietošanas un ierīces darbības piemērs.

Radiācijas modificēta polimēra cauruli 1 (1. att.) pakļauj radiāli virzītai orientācijai ar ierīces palīdzību, kas sastāv no padeves mehānisma 2 (izgatavots no profilētiem gumijas ruļļiem), divām karsēšanas pusformām 3 (reflektori ar halogēna infrasarkanā starojuma cauruļveida lampām), divām orientācijas pusformām 4, kas vienlaicīgi kalpo izstrādājuma dzesēšanai (izgatavotas no nerūsējoša tērauda ar nepieciešamo iekšējās virsmas izveidi un apstrādi), iekšējā sildelementa 5 (halogēna infrasarkanā starojuma lampa, kas ievietota no vara sieta izgatavotā korpusā ar augšējā galā izvietoto caurumotu fluoroplasta uzliktai) un polimēra caurules apakšējā gala hermetizācijas elementa 6 (profilēts fluoroplasta uzliktnis).

Iekārtas darbības sākumā izejmateriāla (polimēra caurules) galam jābūt izveidotam tā, lai to varētu uzsēdināt uz konusveida hermetizācijas elemeuta 6.

Ja paredzēta tikai pamatpolimēra orientācija, tad citas papildus operācijas nav nepieciešamas.

Ja vienlaicīgi jāorientē pamatmateriāls un adhezīvi aktīvais starpslāņa materiāls, tad iepriekš jāveic papildus operācijas, lai starpslāņa materiālu ievietotu pamatmateriāla caurulē. Starpslāņa materiālam jābūt izgatavotam caurules veidā. Ja šī caurule ir plānsienu (var būt saplacināta), to ar dažādu paņēmienu (piem., stieples palīdzību) ievelk pamatmateriāla caurulē visā tās garumā un izpūš (ja nepieciešams, ar karstu gaisu), lai tā cieši savietotos ar pamatmateriāla iekšējo virsmu. Ja starpslāņu polimēra caurule ir biezsieuu, tad to ievieto pamatmateriāla caurulē nogriežņu veidā tehnoloģiskā procesa etapu laikā.

Orientācijai pakļauto caurules daļu uzkarsē līdz nepieciešamai temperatūrai vismaz par 10 °C pārsniedzot pamatmateriāla kristāliskās fāzes kušanas temperatūrai (optimālā variantā līdz zināmai polimēra līdzsvara kušanas temperatūrai) ar karsēšanas pusformu palīdzību.

Lai paātrinātu polimēra caurules uzkarsēšanu, vienlaicīgi izmanto iekšējo karsēšanas elementu 5. Šī elementa temperatūru var paaugstināt, ja nepieciešama iekšējā slāņa termiskā apstrāde (termoksidatīvā deslrukcija).

Pēc karsēšanas pusformu atvirzīšanas ap polimēra cauruli sakļauj orientācijas pusformas 4. Pusformas veidotas tā, lai sakļaujoties tās kermetizētu polimēra caurules apakšējo daļu (ap hermetizācijas elementu 6).

Padodot saspiestu gaisu ar noteiktu spiedienu 0,05...0,2 MPa (atkarīgs no polimēra materiāla deformatīvām īpašībām un caurules sieniņu biezuma) virzienā no caurules augšējā gala (piem., saritināta ruļļa sākuma gala), izpūš sakarsētās caurules daļu, kas pieņem orientācijas formas noteiktos izmērus. Saspiestais gaiss vienlaicīgi veic caurules orientētās daļas iekšējās virsmas dzesēšanu, ja hermetizācijas elements 6 izveidots ar kalibrētiem gaisa noplūdes kanāliem. Izometriskās dzesēšanas procesa laiku izvēlas eksperimentāli nosakot caurules ārējās un iekšējās virsmas temperatūru, pie kuras nenotiek termouosēduzmavas pašnosēšanās.

Pēc orientācijas pusformu atvirzīšanas veic gatavās detaļas nogriešanu (piem., ar rotējošu zāģi) vietā 7, kas atbilst tehuoloģiskā režīma prasībām (jaunas caurules daļas uzsēdiuāšanai uz elementa 6). Šim nolūkam nepieciešama neliela elementu 5, 6 atvirzīšana, pēc tam noliece galavā izstrādājuma noņemšanai.

Ar pielietotās metodes un ierīces palīdzību iegūst termouosēduzmavas, kuru izmēri nosēdināšanas procesā mainās galvenokārt tikai radiālā virzienā (aksiālā virziena izmaiņas nepārsniedz 1% no izstrādājuma garuma).

1. un 2. tabulā parādīti radiācijas modificēto termonosēduzmavu izgatavošanai nepieciešamo materiālu piemēri un to īpašības, ja orientāciju veic ar patentējamās ierīces palīdzību.

Termonosēduzmavas saraušanos radiālā virzienā karsēšanas (nosēdināšanas) laikā nodrošina spēki, kūms nosaka termorelaksācijas spriegums (gtr). Pēc nosēdināšanas uz noteikta diametra ķermeņa un atdzesēšanas t.s. “aptveres” spēkus savukārt nosaka paliekošais nosēdspriegums (ūn)’ . Šie spēki ir atkarīgi no orientācijai pakļautā materiāla ķīmiskā sastāva, jonizējošā starojuma absorbētās dozas lieluma, orientācijas (izstiepšanas) pakāpes, karsēšanas temperatūras un dzesēšanas režīma (ātruma), kā arī no termonosēduzmavas sieniņas biezuma.

Starpslāņa adhezīvā aktivitāte A*’ noteikta pēc kontaktēšanas ar ķīmiski attīrītu dzelzs loksni. Kontaktēšanas temperatūra izvēlēta atbilstoši orientācijas temperatūrai, spiediens - atbilstoši spēku vērtībai, ko nosaka σ·π<σ-τκ un σ_Ν noteikti lentas veida paraugiem uz tenzomelriskās spriegumu mērīšanas iekārtas attiecīgi izometriskās karsēšanas un dzesēšanas režīmos.

“ A noteikts pēc atslāņošanās pretestības vērtības pie 20 °C temperatūras.

1. piemērs.

Pamatmateriālu un starpslāņa materiālu izgatavo no zema blīvuma polietilēna (ZBPE), kura kausējuma indekss ki=l,7 g/10 min. Pamatmateriālu apstaro ar gamma starojumu līdz absorbētai dozai D„_bs=150 kGy, starpslāņa materiālu - D_abs=15 kGy. Starpslāņa materiāls pakļauts termiskai apstrādei 3 miu. pie 250 °C temperatūras.

2. piemērs.

Pamatmateriālu izgatavo uo ZBPE un apstaro līdz D_abs=150 kGy. Starpslāņa materiālu izgatavo no kompozīcijas 50% ZBPE + 50% SKEPT (sintētiskais kaučuks no etilēna-propilēna kopolimēra ar dienu piedevu) un apstaro līdz D_abs=150 kGy.

3. piemērs.

Pamatmateriālu izgatavo uo ZBPE uu apstaro līdz D_abs=150 kGy. Starpslāņa materiālu izgatavo no kompozīcijas 5% ZBPE + 95% SKEPT uu apstaro līdz D_abs=100 kGy.

4. piemērs.

Pamatmateriālu izgatavo uo augsta blīvuma polietilēna (ΑΒΡΕ), kura kausējuma indekss kj=0,53 g/10 min. un apstaro līdz D_abs=150 kGy. Starpslāņa materiālu izgatavo no kompozīcijas 20% ΑΒΡΕ + 80% SKEPT uu apstaro līdz D_abs=150 kGy.

5. piemērs.

Pamatmateriālu izgatavo no polimēru maisījuma 50% ΑΒΡΕ + 50% PP (polipropilēna) un apstaro līdz D_abs=150 kGy. Starpslāņa materiālu izgatavo no kompozīcijas 50% ΑΒΡΕ + 50% SKEPT un apstaro līdz D_abs=150 kGy.

6. piemērs.

Pamatmateriālu izgatavo no reciklēto (otrreizējās izejvielas) augsta blīvuma polietilēna (ABPE-R), kura kausējuma indekss k;=3,9 g/10 miu. un apstaro līdz D_abs=150 kGy. Starpslāņa materiālu izgatavo no kompozīcijas 80% ABPE-R + 20% SKEPT un apstaro līdz D_abs=150 kGy.

7. piemērs.

Pamatmateriālu izgatavo no otrreizējo izejvielu kompozīcijas: 90% ABPE-R + 10% kaolīns un apstaro līdz D„bs=150 kGy. Starpslāņa materiālu nepielieto.

8. piemērs.

Pamatmateriālu izgatavo no otrreizējo izejvielu kompozīcijas ar kaučuka SKEPT piedevu: 70% ZBPE-R + 20% ABPE-R + 10% PP-R + 5% SKEPT un apstaro līdz Dabs⁼150 kGy. Starpslāņa materiālu nepielieto.

Visos piemēros minētās termonosēduzmavas pamatmateriāls izgatavots no polimēru caurules, kuras ārējais diametrs 20 mm, sieniņu biezums 2 mm; starpslāņa materiāls no polimēru caurules, kuras ārējais diametrs 15 mm, sieniņu biezums 0,5 mm.

1.tabula

Piemers	Pamatmateriāls
Orientācijas pakāpe, ε,%	Orientācijas temperatūra, T,°C	Termonosēdspēki	Adhezija A, kN/m
σ™, MPa	σΝ, MPa
1. piemērs (prototips)	100	125	0,2	1,1	1,2
2. piemērs	100	125	0,2	1,1	1,2
3. piemērs	100	125	0,2	1,1	1,2
4. piemērs	100	140	0,3	2,0	0,6
5. piemērs	100	175	0,5	2,4	1,6
6. piemērs.	100	140	0,1	1,8	1,0
7. piemērs	100	140	0,2	1,0	3,5
8. piemērs	100	175	0,18	1,2	2,6

2. tabula

Piemers	Starpslāņa materiāls
Orientācijas pakāpe, ε,%	Orientācijas temperatūra, T,°C	Termouosedspēki	Adbēzija A, kN/m
Gtr, MPa	On, MPa
1. piemērs (prototips)	100	125	nav	nav	1,8
2. piemērs	100	125	0,5	0,8	2,64
3. piemērs	100	125	0,3	0,3	3,2
4. piemērs	100	140	0,4	0,5	2,0
5. piemērs	100	175	0,6	0,9	1,8
6. piemērs.	100	140	0,2	0,4	2,6
7. piemērs			starpslāņa nav
8. piemērs			starpslāņa nav

Salīdzinot patentējamo metodi un ierīci ar prototipu, var secināt: ar piedāvātās metodes un ierīces palīdzību iegūst termonosēduzmavas bez caurules nogriežņu galu atlikumiem; iespējama vienlaicīga pamatmateriāla un starpslāņa materiāla orientācija, jo starpslāņa deformatīvās īpašības saistībā ar temonosēdspēkiem atbilst pamatmateriāla deformācijas nosacījumiem; palielinās termonosēduzmavu adhezīvās īpašības, salīdzinot ar prototipu.

LITERATŪRA

1. PSRS a/apl. N 513870, s.kl. B29 D 23/03, 1976.

2. Japānas patents N 56-139590, s.kl. B 29 C 17/02, 1983.

3. PSRS a/apl. N 1463499, s.kl. B29 D 23/09, 1988.

Claims (3)

1. PATENTA FORMULA

   1. Metode adhezīvi aktīvas polimēru termonosēduzmavas iegūšanai atšķiras ar to, ka vienlaicīgi orientē termonosēduzmavu pamatmateriālu un iekšējo starpslāni, kura deformatīvās īpašības un termonosēdspēki ir salīdzināmi ar pamatmateriālu.
2. 2. Metode saskaņā ar 1. punktu atšķiras ar to, ka starpslāņa materiāls izveidots no adhezīvi aktīvas polimēru kompozīcijas.
3. 3. lence, kas nodrošina metodes izpildi saskaņā ar 1. punktu atšķiras ar to, ka orientācijas mezgls sastāv no divvirzienu kustībā esošām cauruļveida izstrādājumu ārējās virsmas karsēšanas pusformām, izstrādājuma iekšējās virsmas karsēšanas elementa, izstrādājuma orientētā stāvokļa fiksācijas pusformām, elementa, kas nodrošina izstrādājuma apakšējā gala hermetizāciju, mehānisma saspiestā gaisa padevei orientācijas mezgla zona un mehānisma gatavās detaļas nogriešanai jaunas sagataves izveidošanai atbilstoši tehnoloģiskā cikla prasībām.