SE406878B - Sett att vermeherda polymermaterial - Google Patents

Description

__.. . _....._._< 7316112-7 eller rör och täckt tråd eller kabel. När en sådan produkt av utsträckt längd kontinuerligt framställes genomföres framställnings- och härdningsförfarandena bäst kontinuerligt I i en oavbruten tandemsekvens eftersom tidsfordringarna för ökning av temperaturen i hela massan för ett polymermaterial upp till dess härdningstemperaturbetingelser för de flesta härdningssystem vanligtvis är betydligt längre än den tid som erfordras för att fullborda formningsförfarandet.

Begränsningarna hos ång- och andra förfaringssätt enligt den tidigare tekniken och utsikten till betydande besparingar genom ökade produktionshastigheter har under några år be- fordrat uvecklingen av en mångfald nya härdningssätt och system inom industrin. I exempelvis den amerikanska patent- skriften 1.757.053 föreslås cirkulering av en upphettad gas, såsom koldioxid, för vulkning av gummiartiklar av betydande massa, såsom lastbilsdäck och i den amerikanska patent- skriften 1.986.106 beskrives ledning av en kontinuerlig längd av gummislitbanematerial in i direkt exponering med överhet- tad ånga. De amerikanska patentskrifterna 3.513.228 och 3.635.621 beskriver båda tillförsel av strålvärme till en härdbar produkt som inrymmes i en under tryck satt inert gasatmosfär och den amerikanska patentskriften 3.645.656 beskriver användning av en stillastående massa av kväve under övertryck såsom ett värmeöverföringsmedium för konti- nuerlig härdning av belagd tråd och kabel medan andra patent- skrifter, såsom den amerikanska patentskriften 2.952.870, åskådliggör komplexiteten för några av de apparater som tidigare utvecklats för snabbare kontinuerlig härdning.

Tekniska publikationer har även berört det kontinuerliga problemet med förbättrade härdningsåtgärder, såsom 1958 års upplaga av R.T. Vanderbuilt Rubber Handbook, sidorna 402 och följande, och en artikel med rubriken “The Continuous Vulcanization of Solid and Cellular Profiles" av C.H. Gregory, Rubber Journal, september 1966, sidorna 66-74, vari många olika förslag och förfaringssätt diskuteras innefattande ._. 7316112-7 LL cirkulerande upphettade gaser genom ugnar vid höga hastighe- ter. Trots sådana oavbrutna ansträngningar som visas av den _tidigare tekniken har utvecklingen av härdningsförfarings- sätt och -system icke hållit jämna steg med framstegen i plastformningsförfarande och teknologi i ökning av fram- ställningshastigheter och i lägre kostnader varigenom de betydligt långsammare härdningshastigheterna har fördröjt för närvarande uppnåeliga produktframställningshastigheter i kontinuerliga system vilket resulterar i betydande produk- tionsförluster.

Föreliggande uppfinning omfattar en metod och sätt för att avsevärt påskynda framställningshärdningshastigheterna för värmehärdbara polymerkompositioner och för att reducera framställningskostnaderna för värmehärdade produkter. Upp- finningen baseras på det faktum att härdningshastigheter avsevärt kan påskyndas och den totala produktionen således ökas och kostnader reduceras genom att man anbringar ett gasformigt värmeöverföringsmedium, såsom en upphettad gas, i direkt kontaktströmning över ytan hos den kropp eller mas- sa av en härdbar polymerkomposition,_eller den produkt som framställes därav, vid ultrahöga hastigheter och moderat ökade tryck, varigenom gasströmmen väsentligen penetrerar genom och/eller driver bort det termiskt isolerande statiska gränsskiktet eller den stagnerande filmen av luft eller andra gasmolekyler som föreligger på eller omkring ytan av kroppen eller massan av polymer komposition, eller som kan kvarhållas innesluten därpå genom turbulenta flödesmönster, såsom Eddy-strömmar beroende på en överpasserande gasström med moderata hastigheter. Uppfinningen omfattar med andra ord tillförsel av värme överförd genom gaskonvektion vid sådana temperaturer, tryck och mycket höga hastigheter, till ytan av den artikel som skall härdas så att väsentligen all mellanliggande luft eller gasmolekyler som finnes mellan den rörliga varma vätskeströmmen och artikelytan effektivt avlägsnas vilka annars i själva verket skulle tjänstgöra såsom ett mellanliggande isolerande täcke eller värmespärr- skikt av statisk luft eller gas som omsluter ytan av den 7316112-7 | polymera komposition som skall härdas och därigenom hindra 'effektiv värmeöverföring genom gaskonvektionsmekanism.

Den bifogade ritningen visar en kurva som åskådliggör relati- va exempel på härdningstider för varierande gastemperatur- och:hastighetsbetingelser.

'Föreliggande uppfinning avser ett-sätt att inducera härdning i värmehärdbara polymerkompositioner,\&lket sätt utmärkes av att man bringar en kropp av värmehärdbar polymerkomposition i kontakt med en ström av varm gas upphettad till en tempe- ratur av minst ungefär 260°C och som rör sig med en hastighet av minst 914 m/min. medan nämnda gas befinner sig under ett tryck av minst ungefär 3,15 kp/cmz och låter nämnda upphet- tade gas som rör sig under tryck med en hastighet av minst ,9l4 m/min. strömma i Öifiådlkontakt över en Yta av kroppen av 'värmehärdbar polymerkomposition under en uppehållstid som är _-^..~--.»4_,,_./._..~.-. Jf-»v-...f tillräcklig för att höja temperaturen väsenfligen genom massan för kroppen av värmehärdbar polymerkomposition till SSS härdningsnivå varigenom en väsentlig härdning av polymerkompositionen åstadkommes.

Föreliggande uppfinning grundar sig på att optimala härdnings- hastigheter för åstadkommande av värmeinducerade härdningar i polymera kompositioner, och optimal värmeöverföringseffek- tivitet från en upphettad omgivande gasatmosfär till ytan hos en kropp som exponeras i fysikalisk kontakt med en sådan gas kan upnås genom att man tillför den upphettade gasen under moderata tryck och med mytket höga hastigheter av minst ungefär 914 m/min. och föšeträdësvis med hastigheter | inom ett intervall av ungefär 1524 till 3048 m/min.

Temperaturerna för den upphettade gasen för påskyndande av typiska värmeframdrivna förnätnings- eller vulkningshärdnings- system för polymera material skall omfatta minst ungefär zso°c och företrädesvis 31s°c upp till ungefär s3a°c för ._ __,..___ i, - ._ w-- __r-~.,,,..L~~_~ --._» s., . fw... .auvwaflåmßkkfvia-e .-a,,.~_qwmw...a-.fa.,.«ff-vw--.fla~fzglvøwvi~- i 1316112-7 6 r optimal effektivitet med de flesta vanliga polymera komposi- tioner. Temperaturerna och/eller uppehållsperioden för expone- ring för sådana temperaturer skall emellertid inställas, om så behöves, vid att passa egenskaperna för speciella polymera kompositioner som undergår härdning så att den erforderliga temperaturnivån för härdning kvickt uppnås i hela polymer- massan och värmehärdningen därigenom snabbt uppnås utan över- hettning och försämring, vilket utgör en vanlig risk med vis- sa kompositioner, såsom halogenhaltiga polymerer§ Tryck-kraven för den upphettade gasen i höghastighetshärd-' ningssystemet enligt uppfinningen är vanligtvis moderata och behöver endast vara ungefär 3 atm i de flesta tillämpningar, och vanligtvis kommer tryck inom intervallet från ungefär 3,15 till 14 kp/cmz att ge väsentligen icke-porösaodienmafliga härdade produkter med de flesta vanliga polymerkompositioner.

Effektiviteten och den höga hastigheten för värmeöverföring som uppnås enligt föreliggande uppfinning och de mycket höga härdningskapaciteter som därigenom uppnås är speciellt för- delaktiga vid användning i produktionssystem med löpande- -band-möjligheter med oavbruten tandemproduktion omfattande ett kontinuerligt strängsprutningsframställningsförfarande kombinerat i framställningsföljd med ett kontinuerligt härdningsförfarande för framställning av artiklar eller utsträckta eller ändlösa längder varigenom härdningsfasen kan ökas och inställas i hastighet för mottagande och hante- ring av de mycket höga produktionsframställningshastigheter som kan erhållas med nutida strängsprutningsanordningar.

Anordningar som är lämpliga för genomförande av uppfinningen kan innefatta många olika utföringsformer men uppfinningen genomföres lämpligast och mest effektivt inom gränserna för en utsträckt härdningskammare eller hölje såsom kan till- handahållas av en sektion av rör med lämplig diameter som är anpassad till den artikel eller kropp som undergår härdning och den omslutande under tryck satta gasströmmen med hög hastighet, och med en längd som tillhandahåller den erforder- liga uppehâllstiden för uppnående av den erfdrderliga graden pvz1s112-v 7 av värmeöverföring för ökning av temperaturen till den avsedda nivån i hela massan för materialet så att en väsentlig härdning åstadkommes därigenom. Vanligtvis, ehuru icke alltid nödvändigtvis, kommer det begränsade härdnings- området att vara anslutet med eller helt enkelt utsträckt så att en kylningsenhet eller -område tillhandahålles som lämpligast omfattar en liknande utsträckt kammare eller hölje som innehåller kylande medel, såsom ett kylande fluidum, bland vilka det mest praktiska utgöres av vatten. Kylning är vanligtvis önskvärt för att förhindra inre gasbildning och/- eller expansion av massan av materialet vid exponering för atmosfärstemperaturer och tryck. Den totala härdningsanord- ningen kan sålunda innefatta en lång sektion av rör, omfat- tande ett-värmehärdningsområde vari en ström av varma gaser ledes under tryck med hastigheter av minst 914 m/min. som sträcker sig direkt in i ett vattenben eller -område som innehåller en kylande vätska. Upphettningsområdet hos röret eller den kontinuerliga kammaren är på lämpligt sätt anslutet till en lämplig gaskälla, upphettningsmedel för gasen och höghastighetsfläktar eller -blâsanordningar och kylningsom- råde däri är försett med de nödvändiga kylfluidumöverförings- ledningarna. Det är även lämpligt om medel finnes för recirkulation av den upphettade gasen av ekonomiska skäl, i synnerhet när den värmebärande gasen är en annan gas än luft.

I det följande åskådliggöres speciella exempel på tillämp- ning av föreliggande uppfinning för framställning av peroxid- förnätningshärdade polyetenkompcsitioner för elektriska iso- leringshöljen strängsprutade runt en metall-ledare.

Den förnätningshärdbara polyetenisoleringsblandning som användes i följande exempel omfattade,- uttryckt i vikt- delar: 100 - polyeten, 50 - kalcinerat lerfyllmedel, I - kimrök, 3,5-di-alfa-kumylperoxid (Hercules Di-Cup) och 1,75 - polytrimetyldihydrokinolinantioxidant (Monsanto I 1316112-7 8 Electol H). Denna blandning strängsprutades kontinuerligt på en rörlig kärna av fast kopparledare, nr; 14 AWG, i två olika produkttjocklekar av 0,76 mm och 1,19 mm. Den isolerade 'trådprodukten med det 0,76 mm tjocka skiktet av icke härdad polyetenkomposition fördes från strängsprutanordningen direkt in i och genom ett hârdningssystem med höghastighetsgas med en hastighet av ungefär 21,3 m/min. och produkten med det 1,19 mm tjocka skiktet av icke härdad polyetenkomposition fördes från strängsprutanordningen direkt in i och genom samma härdningssystem med en hastighet av ungefär 44,2 m/min.

Härdningssystemet eller anordningen bestod av ett rör med en inre diameter av 25,4 mm i tre 3,05 meters sektioner som var förenade för tillhandahållande av först en härdnings~ sektion med gas med hög hastighet med en längd av 3,05 m, en mellanliggande tryckgaslåssektion och ett kylvattenben med en längd av 3,05 m. rüpphettningsgasen, kväve, upphettades i varje försök till en temperatur av 316-37l°C med hjälp av Calrod-elektrisk motståndsupphettningselement och cirkulerades med hjälp av fläktar genom den första härdningssektionen om 3,05 m med ett tryck av 9,75 kp/cmz och med en hastighet av ungefär 3048 m/min. i direkt kontakt över ytan för den peroxidhalti- ga polyetenblandning som var formad runt trådkärnan när den passerade därigenom. Cirkulation av den upphettade gasen vid moderata tryck och ultrahög hastighet skedde längs den 3,05 m långa härdningssektionen i samma rörelseriktning som den isolerade tråd som undergick snabb härdning och cykeln fullbordas av en returledning som passerar genom en fläktblâs- anordning och upphettare för upprätthållande av härdningsbe- tingelserna. Riktningen för kontakten av den upphettade gasen och härdat material, vare sig den sker medströms eller motströms, är emellertid icke kritisk. ïflärdningstiderna för varje tjocklek av isoleringen och andra värden, tillsammans med härdningstiderna för samma polyeten- isolerade trâdprodukt erhâllen med ånga som standard var 9 uföljandez nflmä Polyetenisoleringens Ungefärlig gas- Ånghärdningstid väggtjocklek härdningstid (204°C) l,l9 mm 8 sek. 48 sek. 0,76 mm 4-5 sek. 28 sek. i Dessa exempel visar en-härdningshastighet som är 5 till 7 gånger snabbare än med ånga.

Typiska approximativa härdningstider för sådana fyllda poly- etenkompositioner som angs ovan när de formats genom sträng- sprutning såsom en isolering med en medeltjocklek av ungefär 4,0 mm runt koppartrådledare med en diameter av f 1,62 mm, medan de passerar genom en härdningskammare med' en diameter av 25,4 mm åskâldiggöres i den bifogade rit- ningen. Värdena som visas i ritningen representerar härdningsgashastigheter av både 914 m och 1828 m/min. vid gastemperaturnivâer om vardera 3l6°C, 37l°C och 42700 alla vid ett absolut tryck av 5 atm. Även om kväve kanske omfattar den bästa all round-gaskompo- sitionen för värmeöverföringsmediet vid utövande av före- liggande uppfinning tack vare sin relativt låga kostnad och vanligtvis inerta egenskaper med avseende på de flesta elast- och polymerkompositioner på samma gång som den normalt är icke-toxisk eller korrosiv kan andra gaser användas inne- fattande exempelvis luft, koldioxid, argon och liknande. Ga- sen skall emellertid vara kemiskt inert eller icke-reaktiv med avseende på den speciella polymerkomposition som härdas så att den icke nedbryter denna eftersom mekanismen enligt föreliggande uppfinning kräver direkt exponering av materialet för gasen för attïfiïkskall erhålla den primära fördelen med avsevärt accelererade härdningshastigheter genom snabbare och effektivare värmeöverföring.

Härdningsbetingelserna med den varma under tryck satta gasströmmen med hög hastighet och accelererade härdnings- 7316112-'7 hastigheter genom den förbättrade värmeöverföring som kan tillskrivas detta enligt uppfinningen kan vanligtvis användas ” för att åstadkomma värmeinducerade härdningar för polymertyp- material i allmänhet, innefattande kolvätepolymerer eller elaster med en relativt hög grad av omättnad, såsom naturgummi och vanliga syntetiska gummin genom konventionella svavelaccelererade härdningssystem, och även de med relativt låg grad av omättnad, såsom polyeten och liknande polyolefi- ner som kräver härdningssystem av-peroxidtyp vilka bildar fria radikaler vid termisk sönderdelning för åstadkommande av en förnätning mellan polymerkedjor. Detta senare system med peroxidfriradikal-effektuerad härdning beskrives närma- re i de amerikanska patentskrifterna 2.888.424 och 3.079.370 och andra och uppfinningen är speciellt användbar för dessa. Speciellt innefattas homopolymerer av eten eller polyeten, sampolymerer av eten och andra polymeriserbara material, såsom vinylacetat och firopen, och blandningar gav polyeten och andra polymerer, antingen fyllda eller ofyllda.

Claims (9)

mšíTïïï' ll PATENTKRAV.

1. Sätt att inducera härdning i värmehärdbara polymer- kompositioner, k ä n n e t e c k n a t därav, att man bringar en kropp av värmehärdbar polymerkomposition i kontakt med en ström av varm gas upphettad till en tempera- tur av minst ungefär 260°C och som rör sig med en hastighet- av minst 914 m/min. medan nämnda gas befinner sig under ett tryck av minst ungefär 3,15 kp/cm2 och låter nämnda upp- hettade gas som rör sig under tryck med en hastighet av minst 914 m/min. strömma i direkt kontakt över en yta av kroppen av värmehärdbar polymerkomposition under en uppehâllstid som är tillräcklig för att hö a temperaturen väsentligen genom massan för kroppen av värmehärdbar poly- merkomposition till dess härdningsnivå varigenom en väsentlig härdning av polymerkompestionen åstadkommes.

2. Sätt enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t av att gasen som rör sig och kommer i kontakt med kroppen av värmehärdbar polymerkomposition npphettas till en tempef ratur inom intervallet ungefär 3l6-538°C.

3. Sätt enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a't av att den upphettade gas som kommer i kontakt med kroppen av värmehärdbar polymerkomposition rör sig med en hastighet inom det ungefärliga intervallet 914-3.048 m/min.

4. Sätt enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att den upphettade gasen som kommer i kontakt med kroppen av värmehärdbar polymerkomposition befinner sig under ett tryck inom det ungefärliga intervallet 3,15-14 kp/cm2.

5. Sätt enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t av att den upphettade gasen omfattar kväve.

6. Sätt enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a t av att den härdbara polymerkompositionen omfattar minst ett ivs1s112-7 12 förnätningsbart etenpolymermaterial som väljes bland homo- polymerer av eten, sampolymerer av eten och andra polymeri- serbara material, och blandningar av polyeten och andra sam- polymerer.

7. Sätt enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a t av att polymerkompositionen förnätningshärdas med en tertiär peroxid.

8.- Sätt enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t av att den polymera kompositionen omfattar en elektrisk iso- lering formad runt en utsträckt ledare.

9. Sätt edigt patentkravet 4, k ä n n e t e o k n a t av att den polymera kompositionen omfattar ett hölje på en.trâd. 10_ sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n- n e t e o k n a t av att man kontinuerligt åstadkommer en värmeinducerad härdning i polymerkompositioner genom att man förflyttar den polymerkomposition som skall härdas genom en utsträckt inneslutning. ll. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a't därav, att man förflyttar en ut- sträckt ledare täckt med den värmehärdbara polymerkomposi- tionen genom en utsträckt härdningskammare. 'l2. Sätt enligt något av föregående patentkrav k ä n n e- t e c k n a t av att man kontinuerligt framställer och här- dar ett värmehärdbart polymerhölje på en utsträckt ledare. f ANFURDÅ PUBLIKATIONER: