RU93405U1

RU93405U1 - ADAPTIVE MODULE OF CRASING-MODIFICATION OF POLYMERIC MATERIAL

Info

Publication number: RU93405U1
Application number: RU2009148219/22U
Authority: RU
Inventors: Арсений Валерьевич Артемов; Валерий Александрович Жильцов; Юрий Андреевич Крутяков; Владимир Михайлович Кулыгин; Александр Васильевич Переславцев; Валентин Пантелеймонович Смирнов
Original assignee: Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт"
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2010-04-27

Abstract

1. Адаптивный модуль крейзинг-модификации полимерного материала, включающий основание, по крайней мере, одну ванну крейзинга, устройства для подачи адсорбционно-активной добавки и модифицирующей композиции в, по крайней мере, одну ванну крейзинга, по крайней мере, два направляющих валка для вытяжки полимерного материала и приводы для приведения во вращение валков для вытяжки полимерного материала. ! 2. Адаптивный модуль крейзинг-модификации полимерного материала по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, один валок приспособлен для перегибания полимерного материала на угол от 20 до 40°, и, по крайней мере, один валок приспособлен для перегибания полимерного материала на угол от 60 до 105°. ! 3. Адаптивный модуль крейзинг-модификации полимерного материала по п.1, отличающийся тем, что приспособлен для вытяжки полимерного волокна. ! 4. Адаптивный модуль крейзинг-модификации полимерного материала по п.1, отличающийся тем, что приспособлен для вытяжки полимерной ленты или пленки. ! 5. Адаптивный модуль крейзинг-модификации полимерного материала по п.1, отличающийся тем, что в, по крайней мере, одну ванну установлено, по крайней мере, одно устройство для интенсифицирования процесса крейзинга. ! 6. Адаптивный модуль крейзинг-модификации полимерного материала по п.5, отличающийся тем, что, по крайней мере, одно устройство для интенсифицирования процесса крейзинга выбрано из группы, включающей нагреватель, термостат, перемешивающее устройство и ультразвуковой излучатель. 1. Adaptive module for crazing modification of a polymeric material, comprising a base for at least one crazing bath, devices for supplying an adsorption-active additive and modifying composition to at least one crazing bath, at least two guide rolls for drawing polymer material and drives for driving the rolls for drawing polymer material. ! 2. The adaptive crazing modification module of the polymer material according to claim 1, characterized in that at least one roll is adapted for bending the polymer material at an angle of 20 to 40 °, and at least one roll is adapted for bending the polymer material at an angle of 60 to 105 °. ! 3. The adaptive module crazing modification of the polymer material according to claim 1, characterized in that it is adapted for drawing polymer fiber. ! 4. The adaptive module crazing modification of the polymer material according to claim 1, characterized in that it is adapted for drawing a polymer tape or film. ! 5. The adaptive crazing modification module of the polymer material according to claim 1, characterized in that at least one bath has at least one device for intensifying the crazing process. ! 6. The adaptive crazing modification module of the polymer material according to claim 5, characterized in that at least one device for intensifying the crazing process is selected from the group comprising a heater, a thermostat, a mixing device and an ultrasonic emitter.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к технологии производства полимерных материалов, а именно, к устройствам для вытяжки полимерных материалов и к устройствам для нанесения на полимерный материал жидких модифицирующих композиций.The utility model relates to a technology for the production of polymer materials, namely, devices for drawing polymer materials and devices for applying liquid modifying compositions to a polymer material.

Уровень техникиState of the art

Специалистам в технологии производства полимерных волокон хорошо известны различные устройства для вытяжки и ориентационной вытяжки полимерных материалов, например, полимерных волокон, включающие два вытяжных валка, выполненных с возможностью приведения во вращение друг относительно друга с различной скоростью таким образом, чтобы разница в скорости вращения вытяжных валков приводила к вытягиванию полимерного волокна в определенной степени. Подобные устройства описаны, например, в патентах RU 2318085 от 19.09.2003 и US 5846654 от 8.12.1998. Недостатком устройств такого типа является невозможность совмещения стадии вытяжки волокна со стадией нанесения модифицирующей композиции.Various devices for drawing and orientational drawing of polymer materials, for example, polymer fibers, comprising two exhaust rolls configured to rotate with respect to each other at different speeds so that the difference in the speed of rotation of the exhaust rolls are well known to those skilled in the technology for the production of polymer fibers led to stretching the polymer fiber to a certain extent. Such devices are described, for example, in patents RU 2318085 from 09/19/2003 and US 5846654 from 8/12/1998. A disadvantage of devices of this type is the inability to combine the stage of stretching the fiber with the stage of applying the modifying composition.

Специалистам также известны способы нанесения на полимерное волокно различных жидких модифицирующих композиций и устройства для осуществления этих способов. Из патента RU 2326999 от 22.01.2004 известен способ нанесения модифицирующей композиции на полимерное волокно, включающий прохождение нити по вращающемуся валику, частично погруженному в ванну с жидкой композицией. Недостатком устройств такого типа также является невозможность совмещения стадии вытяжки волокна со стадией нанесения модифицирующей композиции.Specialists are also aware of methods for applying various liquid modifying compositions to a polymer fiber and devices for implementing these methods. From patent RU 2326999 dated January 22, 2004, a method is known for applying a modifying composition to a polymer fiber, comprising passing a thread through a rotating roller, partially immersed in a bath with a liquid composition. A disadvantage of devices of this type is also the inability to combine the stage of drawing the fibers with the stage of applying the modifying composition.

Тем не менее, известно (патент RU 2305724 от 04.04.2006), что совмещение стадий вытяжки волокна и нанесения модифицирующей композиции позволяет получить волокно, в котором модифицирующая композиция равномерно распределена в объеме волокна. При осуществлении вытяжки полимерного материала в адсорбционно-активных жидких средах, в структуре полимера образуются микро- и наноразмерные полости, которые заполняются жидкой средой, в которой осуществляется вытяжка. После удаления растворителя высушиванием в полученном модифицированном полимерном материале компоненты модифицирующей композиции находятся не только на поверхности полимерной основы, но и в объеме полимера, при этом существенно уменьшается скорость потери модифицирующих компонентов в процессе эксплуатации материала, например, при стирке.Nevertheless, it is known (patent RU 2305724 of 04.04.2006) that the combination of the stages of drawing the fibers and applying the modifying composition allows you to get a fiber in which the modifying composition is evenly distributed in the volume of the fiber. When the polymer material is drawn in adsorption-active liquid media, micro- and nanoscale cavities are formed in the polymer structure, which are filled with the liquid medium in which the hood is drawn. After removal of the solvent by drying in the obtained modified polymer material, the components of the modifying composition are not only on the surface of the polymer base, but also in the volume of the polymer, while the rate of loss of the modifying components during operation of the material is significantly reduced, for example, during washing.

Вместе с тем известно (Волынский А.Л., Микушев А.Е., Ярышева Л.М., Бакеев Н.Ф. Крейзинг в жидких средах - основа для создания уникального метода модификации полимеров. // Рос. хим. журн. 2005. Т.50. №6. С.118-128), что крейзинг полимерного материала в адсорбционно-активной среде проходит в несколько этапов. Вначале на поверхности полимера зарождается определенное количество крейзов, то есть зон, имеющих фибриллярно-пористую структуру. Зародившиеся крейзы при дальнейшей деформации растут в направлении, перпендикулярном оси растяжения полимера, сохраняя практически постоянную ширину. Этот процесс продолжается до тех пор, пока растущие крейзы не пересекут поперечное сечение образца. После этого начинается следующая стадия крейзинга - уширение крейзов, когда проросшие через все сечение полимера крейзы увеличивают свои размеры в направлении оси растяжения. Для того чтобы обеспечить оптимальное протекание этих стадий, степень вытягивания волокна должна изменяться на разных этапах крейзинга.However, it is known (Volynsky A.L., Mikushev A.E., Yarysheva L.M., Bakeev N.F. Crazing in liquid media - the basis for creating a unique method for the modification of polymers. // Russian Chemical Journal. 2005 T.50. No. 6. S.118-128) that the crazing of a polymer material in an adsorption-active medium takes place in several stages. Initially, a certain number of crazes, i.e., zones having a fibrillar-porous structure, nucleates on the polymer surface. Upon further deformation, the resulting crazes grow in the direction perpendicular to the polymer tension axis, while maintaining a practically constant width. This process continues until growing crazes cross the sample cross section. After this, the next stage of crazing begins - broadening of crazes, when crazes grown through the entire polymer cross section increase their sizes in the direction of the tensile axis. In order to ensure the optimal course of these stages, the degree of stretching of the fiber should vary at different stages of crazing.

Указанные недостатки устройств, известных из уровня техники, преодолеваются при использовании полезной модели, которая более подробно описана ниже.These disadvantages of the devices known from the prior art are overcome by using a utility model, which is described in more detail below.

Полезная модель поясняется чертежом. На фигуре показана принципиальная схема модуля крейзинг-модификации полимерного материала.The utility model is illustrated in the drawing. The figure shows a schematic diagram of a module crazing modification of a polymer material.

Описание адаптивного модуля крейзинг-модификацииDescription of the adaptive module crazing modifications

Модуль состоит из, по крайней мере, одной ванны, предпочтительно, из двух ванн 1 и 2, установленных на металлическом основании 3, семивальцев 4, системы орошения семивальцев и системы подачи модифицирующего раствора.The module consists of at least one bath, preferably two baths 1 and 2, mounted on a metal base 3, semivalets 4, an irrigation system of semitavals and a supply system of a modifying solution.

Первая ванна 1, представляющая собой сварную конструкцию из нержавеющей стали, снабжена тремя валками 5, 6, 7, обеспечивающими искривление пути полимерного материала 8 в жидкой среде, содержащей растворитель, модифицирующую композицию и адсорбционно-активную добавку, обеспечивающую протекание крейзинга. Валки 5, 6, 7 приводятся во вращение регулируемыми приводами 50, 60, 70 (на чертеже не показаны). В ванны 1, 2 или в одну из ванн 1, 2 может быть установлено устройство 9, оказывающее интенсифицирующее воздействие на процесс крейзинга, например, нагреватель, термостат, перемешивающее устройство или ультразвуковой излучатель, или несколько таких устройств, одинаковых или различных.The first bath 1, which is a welded stainless steel construction, is equipped with three rollers 5, 6, 7, which provide a curvature of the path of the polymer material 8 in a liquid medium containing a solvent, a modifying composition, and an adsorption-active additive that ensures crazing. Rolls 5, 6, 7 are driven by adjustable drives 50, 60, 70 (not shown). A device 9 can be installed in the baths 1, 2 or in one of the baths 1, 2, which has an intensifying effect on the crazing process, for example, a heater, a thermostat, a mixing device or an ultrasonic emitter, or several such devices, the same or different.

Вторая ванна 2, также сваренная из нержавеющей стали, снабжена двумя валками 10, 11. Валок 10 осуществляет перегиб полимерного материала 8, выходящего из первой ванны, на угол от примерно 20° до примерно 40° и направляет его на валок 11, обеспечивающий более крутой перегиб полимерного материала 8 на угол от примерно 60° до примерно 105° для удаления из полимерного материала 8 излишков модифицирующего раствора перед подачей на семивальцы 4 технологической линии. Валки 10, 11 приводятся во вращение регулируемыми приводами 100 и 110 соответственно (на чертеже не показаны).The second bath 2, also welded from stainless steel, is equipped with two rollers 10, 11. The roller 10 bends the polymer material 8 emerging from the first bath by an angle of from about 20 ° to about 40 ° and directs it to the roll 11, which provides a steeper bending the polymer material 8 by an angle of from about 60 ° to about 105 ° to remove excess modifying solution from the polymer material 8 before feeding the process line 4 to the sealer. The rollers 10, 11 are driven by adjustable drives 100 and 110, respectively (not shown in the drawing).

Дополнительный отжим полимерного материала 8 от раствора, если он является необходимым, обеспечивается каландром 12 с резиновым покрытием, установленным над первым валком семивальцев 4 технологической линии. Прижатие каландра 12 с резиновым покрытием к валку обеспечивается специальными пружинами, положение каландра 12 с резиновым покрытием регулируется и фиксируется болтами.Additional extraction of the polymer material 8 from the solution, if necessary, is provided by a rubber coated calender 12 mounted above the first roll of the processors 4 of the processors 4. The pressing of the rubber coated calender 12 to the roll is ensured by special springs, the position of the rubber coated calender 12 is adjustable and fixed with bolts.

После семивальцев 4 технологической линии расположено устройство для отжига полимерного материала 13, представляющее собой камеру, через которую проходит волокно и в которую подается перегретый пар. В процессе отжига происходит залечивание открытых пор и трещин, в результате чего модифицирующие компоненты оказываются инкапсулированными в структуре полимера. Это приводит к тому, что скорость вымывания модифицирующих компонентов из полимерной матрицы в условиях эксплуатации снижается.After the Seventhals 4 of the technological line, there is a device for annealing polymer material 13, which is a chamber through which fiber passes and into which superheated steam is supplied. In the process of annealing, healing of open pores and cracks takes place, as a result of which the modifying components are encapsulated in the polymer structure. This leads to the fact that the rate of leaching of the modifying components from the polymer matrix under operating conditions is reduced.

Система орошения семивальцев 4 состоит из ресивера 14 для замасливателя с электроподогревом (устройство для подогрева не показано), трубопровода 15 для питания жиклеров 16, 17, 18, обеспечивающих непрерывную подачу замасливателя на валки семивальцев 4, поддона 19 для сбора стекающего замасливателя, насоса 20 и трубопровода 21 к ресиверу 14, которые в совокупности образуют замкнутый цикл циркуляции замасливателя.The irrigation system of the Seventalians 4 consists of a receiver 14 for the lubricant with electric heating (a device for heating is not shown), a pipe 15 for supplying the nozzles 16, 17, 18, which provide a continuous supply of the lubricant to the rolls of the Semivlets 4, a sump 19 for collecting the draining lubricant, a pump 20 and the pipeline 21 to the receiver 14, which together form a closed loop circulation sizing.

Система подачи модифицирующего раствора состоит из двух герметизируемых ресиверов 22, 23, трубопроводов 24, 25 для подачи модифицирующего раствора, адсорбционно-активной добавки и растворителя в соединенные между собой ванны 1, 2 и четырех вентилей 26, 27, 28, 29, обеспечивающих поочередное включение ресиверов 22, 23 на питающий патрубок 30, что позволяет обеспечить непрерывную подачу модифицирующего раствора в ванны 1, 2.The modifying solution supply system consists of two pressurized receivers 22, 23, pipelines 24, 25 for supplying the modifying solution, the adsorption-active additive and the solvent to the interconnected bathtubs 1, 2 and four valves 26, 27, 28, 29, providing alternating switching on receivers 22, 23 to the supply pipe 30, which allows for a continuous supply of the modifying solution in the bath 1, 2.

Модуль крейзинг-модификации может быть приспособлен для обработки различных полимерных материалов любым из известных из уровня техники способов, например, путем оптимального выбора геометрических размеров элементов модуля, в частности ширины направляющих валков, и/или путем выбора оптимальных углов перегиба полимерного материала на направляющих валках.The crazing modification module can be adapted for processing various polymeric materials using any of the methods known from the prior art, for example, by optimally choosing the geometric dimensions of the module elements, in particular the width of the guide rolls, and / or by choosing the optimal bending angles of the polymer material on the guide rolls.

Вытяжку полимерного материала и одновременное нанесение на него модифицирующей композиции с помощью заявленной полезной модели осуществляют следующим образом.The stretching of the polymer material and the simultaneous application of a modifying composition on it using the claimed utility model is as follows.

Вокруг направляющих валков 5, 6, 7, 10, 11, между каландром 12 с резиновым покрытием и первым валком семивальцев 4, а также между валками семивальцев 4 пропускают полимерный материал 8 в виде, например, волокна, пленки или ленты как показано на фиг.1, при этом приводят в действие приводы 50, 60, 70, 100, 110. Скорость вращения валков 5, 6, 7, 10, 11 регулируют с тем, чтобы обеспечить заранее заданную степень вытяжки волокна на каждой паре валков в отдельности и при прохождении крейзинг-модификации в целом.Around the guide rolls 5, 6, 7, 10, 11, between the rubber-coated calender 12 and the first roll of semivals 4, as well as between the rolls of semivals 4, polymer material 8 is passed in the form of, for example, fiber, film or tape as shown in FIG. 1, the drives 50, 60, 70, 100, 110 are actuated. The rotation speed of the rolls 5, 6, 7, 10, 11 is adjusted so as to provide a predetermined degree of fiber drawing on each pair of rolls individually and during passage crazing modifications in general.

Ресиверы 22, 23, заполняют модифицирующей композицией, растворителем и адсорбционно-активной добавкой, либо их смесями. С помощью соответствующих трубопроводов 24, 25, вентилей 26, 27, 28, 29 через питающий патрубок 30 заполняют ванны 1, 2 модифицирующим раствором, в котором модифицирующая композиция, растворитель и адсорбционно-активная добавка смешаны в заранее заданном соотношении. Ресивер 14 заполняют замасливающим раствором и через трубопровод 15 и жиклеры 16, 17, 18 подают замасливающий раствор на валки семивальцев 4. Замасливающий раствор, стекающий на поддон 19, через трубопровод 21 насосом 20 подают в ресивер 14, обеспечивая, таким образом, непрерывную циркуляцию замасливателя. При необходимости включают устройство 9, оказывающее интенсифицирующее воздействие на процесс крейзинга.Receivers 22, 23 are filled with a modifying composition, a solvent and an adsorption-active additive, or mixtures thereof. Using the corresponding pipelines 24, 25, valves 26, 27, 28, 29 through the supply pipe 30 fill the baths 1, 2 with a modifying solution in which the modifying composition, solvent and adsorption-active additive are mixed in a predetermined ratio. The receiver 14 is filled with a sizing solution and through the pipe 15 and the jets 16, 17, 18 a sizing solution is supplied to the rolls of the seamers 4. The sizing solution flowing onto the pallet 19 is pumped through the pipe 21 to the receiver 14, thus providing continuous circulation of the sizing agent . If necessary, include a device 9, which has an intensifying effect on the crazing process.

С помощью двигателей штатной технологической линии обработки полимерного материала, в которую встроен заявленный модуль крейзинг-модификации, протягивают полимерный материал 8 в виде, например, волокна, пленки или ленты через ванны 1, 2, каландр 12 с резиновым покрытием и валки семивальцев 4, при этом на валке 11 за счет значительного, на угол от примерно 60° до примерно 105°, перегибания проходящего полимерного материала 8 происходит удаление из полимерного материала 8 излишков модифицирующего раствора. По мере расходования модифицирующего раствора ванны 1, 2 заполняют из ресиверов 22, 23.Using engines of a standard polymer material processing line, into which the claimed crazing modification module is integrated, polymer material 8 is pulled in the form of, for example, fiber, film or tape through bathtubs 1, 2, rubber-coated calender 12 and rolls 4, when this on the roll 11 due to a significant, at an angle from about 60 ° to about 105 °, the bending of the passing polymer material 8 removes excess polymer solution from the polymer material 8. As the modifying solution is consumed, baths 1, 2 are filled from receivers 22, 23.

После прохождения семивальцев 4 технологической линии полимерный материал подают в устройство для отжига полимерного материала 13, в котором воздействуют на полимерный материал перегретым паром.After passing the Seventhals 4 of the processing line, the polymer material is fed into the device for annealing the polymer material 13, in which the polymer material is exposed to superheated steam.

Использование модуля крейзинг-модификации иллюстрируется следующими примерами.The use of the crazing modification module is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Осуществляют сборку модуля крейзинг-модификации таким образом, чтобы валок 10 был приспособлен для осуществления перегиба полимерного материала, выходящего из первой ванны, на угол 20°, а валок 11 был приспособлен для осуществления перегиба полимерного материала, поступающего на семивальцы 4 технологической линии, на угол 105°. В качестве полимерного материала используют ленту или пленку полиэтилена высокой плотности шириной 100 мм. Вытяжку осуществляют, как описано выше. В результате получают ленту или пленку полиэтилена, обработанную модифицирующей композицией.The crazing modification module is assembled in such a way that the roll 10 is adapted to bend the polymeric material emerging from the first bath at an angle of 20 °, and the roll 11 is adapted to bend the polymeric material supplied to processors 4 by an angle 105 °. As a polymer material, a tape or film of high density polyethylene 100 mm wide is used. The hood is carried out as described above. The result is a tape or film of polyethylene treated with a modifying composition.

Пример 2Example 2

Осуществляют сборку модуля крейзинг-модификации таким образом, чтобы валок 10 был приспособлен для осуществления перегиба полимерного материала, выходящего из первой ванны, на угол 30°, а валок 11 был приспособлен для осуществления перегиба полимерного материала, поступающего на семивальцы 4 технологической линии, на угол 90°. В качестве полимерного материала используют ленту или пленку аморфного стеклообразного полиэтилентерефталата шириной 100 мм. Вытяжку осуществляют, как описано выше. В результате получают ленту или пленку полиэтилентерефталата, обработанную модифицирующей композицией.The crazing modification module is assembled in such a way that the roll 10 is adapted to bend the polymeric material exiting the first bath at an angle of 30 °, and the roll 11 is adapted to bend the polymeric material supplied to processors 4 by an angle 90 °. As a polymeric material, a tape or film of an amorphous glassy polyethylene terephthalate 100 mm wide is used. The hood is carried out as described above. The result is a tape or film of polyethylene terephthalate treated with a modifying composition.

Пример 3Example 3

Осуществляют сборку модуля крейзинг-модификации таким образом, чтобы валок 10 был приспособлен для осуществления перегиба полимерного материала, выходящего из первой ванны, на угол 40°, а валок 11 был приспособлен для осуществления перегиба полимерного материала, поступающего на семивальцы 4 технологической линии, на угол 60°. В качестве полимерного материала используют полиэтилентерефталатное волокно. Вытяжку осуществляют, как описано выше. В результате получают полиэтилентерефталатное волокно, обработанное модифицирующей композицией.The crazing modification module is assembled so that the roll 10 is adapted to bend the polymer material exiting the first bath to an angle of 40 °, and the roll 11 is adapted to bend the polymer material supplied to processors 4 by an angle 60 °. As the polymer material, polyethylene terephthalate fiber is used. The hood is carried out as described above. The result is a polyethylene terephthalate fiber treated with a modifying composition.

Claims

1. Adaptive module for crazing modification of a polymeric material, comprising a base for at least one crazing bath, devices for supplying an adsorption-active additive and modifying composition to at least one crazing bath, at least two guide rolls for drawing polymer material and drives for driving the rolls for drawing polymer material.

2. The adaptive crazing modification module of the polymer material according to claim 1, characterized in that at least one roll is adapted for bending the polymer material at an angle of 20 to 40 °, and at least one roll is adapted for bending the polymer material at an angle of 60 to 105 °.

3. The adaptive module crazing modification of the polymer material according to claim 1, characterized in that it is adapted for drawing polymer fiber.

4. The adaptive module crazing modification of the polymer material according to claim 1, characterized in that it is adapted for drawing a polymer tape or film.

5. The adaptive crazing modification module of the polymer material according to claim 1, characterized in that at least one bath has at least one device for intensifying the crazing process.

6. The adaptive crazing modification module of the polymer material according to claim 5, characterized in that at least one device for intensifying the crazing process is selected from the group comprising a heater, a thermostat, a mixing device and an ultrasonic emitter.