SE535705C2 - Förfarande och anordning för UV-härdning av polymerstrukturer - Google Patents

Description

20 25 535 705 - insprutning av polymerföreningen i en form, vilken form har åtminstone en vägg som definierar ett formrum för mottagning av polymerföreningen i formrummet, varvid nämnda åtminstone en vägg är UV-transparent, och - bestrålning av polymerföreningen med hjälp av UV-ljus genom formen, varigenom polymerföreningen härdas för bildande av den härdade polymerstrukturen, varvid bestrålningen innefattar bestràlning av polymerföreningen med hjälp av UV-lysdioder.

Delvis UV-transparens skall i denna skrift förstås som att polymerföreningen är homogent UV-transparent. Härvid är varje del av polymerföreningen väsentligen lika UV-transparent. Således kan viss absorption av UV-ljus som fortplantas genom polymerföreningen förekomma i vilken som helst del av polymerföreningen.

Med ett formrum avses generellt ett inneslutningsutrymme. Ett sådant formrum kan vara bildat av en eller flera väggar hos formen.

En effekt som kan vara uppnåbar med hjälp av föreliggande uppfinning är att härdningsprocessen i formen kan avkortas signifikant. I typfallet kan härdnings- processen avkortas fràn en flera timmar lång värmehärdningsprocess till en härd- ningsprocess som varar mindre än en minut. Ett resultat av detta är att energiförbruk- ningen per härdad polymerstruktur sänks signifikant.

På grund av de låga härdningstemperaturerna jämfört med värmehärdning kommer trycket i formen vidare att konstant hållas lågt. Därav följer att anordningen för form- ning och härdning kan förenklas jämfört med ett värmehärdningsanordning, där form- trycket måste beaktas.

Dessutom innefattas ingen vulktid i härdningsprocessen, eftersom härdningen åstadkommes med hjälp av UV-ljus, och därför innehåller polymerföreningen ingen temperaturberoende katalysator. Härdningen utförs när formen bestrålas med UV- ljus. 10 15 20 25 535 705 Bestrålningen kan innefatta bestrålning med UV-Ijus med våglängder i intervallet 290 - 400 nm. Genom bestrålning av polymerföreningen i detta våglängdsintervall har härdningen visats vara särskilt effektiv.

Bestrålningen kan innefatta bestrålning med UV-ljus med en våglängd på 365 nm.

För denna våglängd har värmen som genereras i formen och värmen som påverkar formen visats vara mycket låg, i praktiken nästan helt försumbar. l syfte att åstadkomma ett sådant smalt utsändningsband i bestràlnings-UV-ljuskällan är det att föredra att halvledar-UV-ljuskällor, såsom UV-lysdioder (LED), används.

Polymerföreningen kan innefatta flytande silikongummi (LSR). LSR har inneboende egenskaper som är särskilt lämpliga för UV-härdning och för användning i högspänningstillämpningar på grund av dess UV-transparens, dess isoleringsegen- skaper och UV-stabilitet i betydelsen att LSR inte påverkas negativt av UV- strålningen.

En utföringsform kan innefatta blandning av en UV-aktiverad katalysator med åtminstone en del av polymerföreningen. Därigenom kan härdning med hjälp av UV- ljus aktiveras i polymerföreningen. Företrädesvis blandas den UV-aktiverade tillsatsen med nämnda åtminstone en del av polymerföreningen före insprutning av polymerföreningen i formen.

Bestrålningen kan innefatta bestrålning av polymerföreningen under en tid i intervallet 10-60 sekunder, företrädesvis i intervallet 15-25 sekunder. l typfallet är denna tid tillräcklig för tvärbindning av polymerkedjorna i polymerföreningen och följaktligen härdning av polymerföreningen.

Bestrålningen innefattar bestrålning av polymerföreningen med hjälp av UV- lysdioder. UV-lysdioder har smalare utsändningsband, vilket ger en effektivare och bättre styrd härdning av polymerföreningen. Vidare har UV-lysdioder lägre strömförbrukning jämfört med konventionella ljuskällor, och den strålade vännen är mindre än den strålade värmen från konventionella ljuskällor såsom halogenlampor. 10 15 20 25 535 705 Bestrålningen kan innefatta omkretsbestrålning av en yttre omkretsyta av nämnda åtminstone en vägg. Den yttre omkretsytan år yttre relativt väggens formrumssida.

Således kan formens manteiyta bestràlas och bestrålningsljuset kan överföras genom formen. Därigenom kan alla delar av polymerföreningen bestràlas med UV- ljus pà ett sådant sätt att ljusintensiteten ändå är tillräckligt hög för härdning av alla delar av polymerföreningen. Detta kan vara gynnsamt för härdning av stora struktu- rer, såsom isolatorer för högspänningstillämpningar.

Bestrålningen kan innefatta bestrålning av polymerföreningen från flera riktningar samtidigt. Därigenom kan en likformig härdning av polymerföreningen åstadkommas inom en kort tidsrymd.

Formen kan innefatta en termoplastisk polymer. Alternativt kan formen innefatta kvartsglas.

Formen kan innefatta polymetylmetakrylat (PMMA).

I en andra aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahålls en anordning för framställning av en härdad polymerstruktur utifrån en polymerförening, vilken polymerförening är UV-härdbar och delvis UV-transparent, varvid anordningen innefattar: - en form med åtminstone en vägg som definierar ett formrum, varvid nämnda åtminstone en vägg är UV-transparent, - insprutningsorgan anordnad att spruta in polymerföreningen i formens formrum, och - åtminstone en UV-lysdiod anordnad att avge ljus till nämnda åtminstone en vägg, varigenom den insprutade polymerföreningen hårdas.

Formen kan innefatta en termoplastisk polymer.

Bestrålningen kan innefatta bestrålning av polymerföreningen från flera riktningar samtidigt.

Nämnda åtminstone en vägg kan innefatta en termoplastisk polymer. 10 15 20 535 705 Nämnda åtminstone en vägg kan innefatta PMMA.

UV-ljuset kan ha våglängder i intervallet 290 - 400 nm.

UV-ljuset kan ha en våglängd på 365 nm.

Polymerföreningen kan innefatta flytande silikongummi.

Polymerstrukturen kan vara en högspänningsisolator.

Ytterligare funktioner hos och fördelar med föreliggande uppfinning framgår av beskrivningen nedan.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen och ytterligare fördelar med den beskrivs i det följande med hjälp av icke-begränsande exempel på utföringsformer med hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. 1 är en perspektiwy av ett exempel på en anordning för framställning av en härdad polymerstruktur.

Fig. 2 visar ett flödesschema för ett förfarande för framställning av en härdad polymerstruktur.

Fig. 3 är en tvärsektionsvy av ett exempel på en form.

Detaljerad beskrivning I det följande beskrivs i förklarande och icke-begränsande syfte specifika detaljer, såsom särskilda metoder och tillämpningar, i syfte att ge en genomgripande förståelse av föreliggande uppfinning. Det kommer emellertid att framgå för en fackman att föreliggande uppfinning kan tillämpas i andra utföringsformer som avviker fràn dessa specifika detaljer. l andra fall utelämnas detaljerad beskrivning av välkända förfaranden och anordningar för att inte beskrivningen av föreliggande uppfinning skall störas med onödiga detaljer. 10 15 20 25 535 705 I fig. 1 visas ett exempel på en anordning 1 för framställning av en härdad polymer- struktur. Anordningen 1 innefattar en form 2, ett insprutningsorgan 3, och ett flertal UV-ljuskällor 4. lnsprutningsorganet 3 är inrättat att spruta in en polymerförening (ej visad) i formen 2. lnsprutningsorganet 3 kan tili exempel vara ett munstycke som, genom att tryck anbringas på det, kan spruta in polymerföreningen i formen 2.

Formen 2 innefattar väggar 7, som definierar ett formrum 6. Formrummet 6 kan ta emot den i formen 2 insprutade polymerföreningen. Forrnrummet 6 omsluter i typfallet periferiskt en insprutad polymerförening.

Den här exemplifierade formen 2 innefattar två formhalvor 5-1 och 5-2, som när de förs samman bildar forrnrummet 6. Väggarna 7 är UV-transparenta för att tillåta över- föring av UV-ljus genom väggarna 7 för härdning av polymerföreningen iformrummet 6.

Andra formutformningar är också möjliga inom föreliggande uppfinnings omfång.

Sådana formar kan till exempel innefatta en enda formdel som bildar ett fonnrum.

Sådana enkelformutformningar kan till exempel vara koniska eller halvklotforrniga.

Alternativt kan en form innefatta ett flertal formdelar som tillsammans bildar ett formrum när nämnda flertal formdelar sätts ihop med varandra för bildande av formen. I typfallet innesluter väggarna hos formen som bildar formrummet den insprutade polymerföreningen. len utföringsform kan formen ha icke-konstant tvärsnitt längs sin längdaxel. I en annan utföringsform kan formen ha konstant tvärsnitt längs sin längdaxel.

Formen 2 kan innefatta PMMA, dvs. akrylglas. Alternativt kan formen 2 innefatta kvartsglas eller annat lämpligt UV-transparent material.

I föreliggande exempel arrangeras nämnda flertal UV-ljuskällor 4 kring formen 2 så att den i formen insprutade polymerföreningen bestrálas från flera riktningar samtidigt för att polymerföreningen därigenom skall härdas. 10 15 20 25 535 705 Lämpliga UV-ljuskällor inbegriper industriella UV-lysdioder såsom de som tillverkas av Phoseon®. En lämplig effekt för en UV-halogenljuskälla kan till exempel vara 3500 W.

Anordningen 1 kan vara inrymt i ett UV-skyddshölje (ej visat) för filtrering av skadlig UV-strålning från omgivningen.

I fig. 2 visas ett flödesschema för ett förfarande för framställning av en härdad polymerstruktur. I synnerhet beskrivs ett förfarande för framställning av den härdade polymerstrukturen utifrån en polymerförening som är UV-härdbar och delvis UV- transparent, till exempel till 90% UV-transparent, i det följande.

Polymerföreningen exemplifieras nedan av flytande silikongummi. Emellertid kan också andra polymerföreningar. såsom epoxi eller andra värmehärdbara polymerer, användas med samma eller liknande resultat.

I ett steg S0 blandas en katalysator med åtminstone en del av det flytande silikongummit. I typfallet innefattar det flytande silikongummit en komponent A och en komponent B, vilka komponenter A och B blandas. Normalt innefattar antingen komponenten A eller komponenten B katalysatorn. l en utföringsform kan emellertid katalysatorn innehållas i båda komponenterna A och B.

Katalysatorn är en UV-aktiverad katalysator, vilken katalysator aktiverar härdnings- processen i det flytande silikongummit när det flytande silikongummit bestrålas med UV-ljus. Katalysatom kan till exempel vara en platinakatalysator. En platinakataly- sator kan ytterligare korta av härdningstiden. Komponenterna A och B blandas så att likformig härdning av det flytande silikongummit möjliggörs. l typfallet skall försiktighet iakttas när katalysatorn tillsätts så att det flytande silikongummit utsätts för ett minimum av ljus som innehåller UV-komponenter före insprutning av det flytande silikongummit i formen 1. Sådan exponering kan leda till för tidig härdning av det flytande silikongummit, dvs. härdning innan det flytande silikongummit bildas i formen 2. 10 15 20 25 30 535 705 I ett steg S1 sprutas det flytande silikongummit in i formen 2. Det flytande silikon- gummit kan sprutas in i formen 2 medelst insprutningsorganet 3. lnsprutningsorganet 3 kan vara vilket som helst lämpligt organ för insprutning av en flytande polymer i en form, t.ex. ett munstycke eller ett rör, såsom torde framgå för fackmannen. Form- rummet 6 innesluter och formar det i formen 2 insprutade flytande silikongummit.

I en utföringsform har väggarna 7 väsentligen Iikformig tjocklek i syfte att säkerställa att samma mängd strålning kan genomtränga väggarna 7 för bestràlning av det i formrummet 6 inneslutna flytande silikongummit.

I ett steg S2 bestrålas det insprutade flytande silikongummit med UV-ljus genom väggarna 7.

UV-ljuskällorna 4 är halvledarljuskälla (-kä|lor) såsom UV-lysdioder. Emellertid föreställer man sig att andra halvledarljuskällor kan användas som alternativ eller i kombination, såsom UV-utsändande organiska lysdioder (OLED) eller spridda UV- utsändande halvledarlasrar.

I en alternativ utföringsform används halogenljuskällor för bestràlning av formen 2 och polymerföreningen.

Företrädesvis ligger spektrum för det strålade Ijuseti intervallet 290 nm till 400 nm. I synnerhet 365 nm kan vara en föredragen våglängd för bestràlning av det flytande silikongummit genom formen. Altemativt kan 395 nm användas som bestràlnings- vàglängd. Lysdioder med 395 nm strálningsvåglängder är normalt lättare att tillverka.

Steget S2 för bestràlning kan innefatta bestràlning av formen 2 från flera riktningar samtidigt. Samtidig bestràlning kan åstadkommas genom att flera UV-utsändande ljuskällor anordnas kring formen.

Alternativt kan formen kringvridas kring en axel hos formen så att formen tar emot bestràlning pà hela sin omkretsyta från en eller flera fasta UV-utsändande ljuskällor.

Därigenom behöver de UV-utsändande ljuskällorna inte anordnas kring formen. 10 15 20 25 30 535 705 Alternativt kan den eller de UV-sândande ljuskällan eller ljuskällorna kringvridas kring formen så att bestrålning från flera riktningar på formen åstadkommas.

Steget S2 för bestrålning kan innefatta bestrålning av det flytande silikongummit under en tid i intervallet 10-60 sekunder. Företrädesvis kan steget S2 för bestrålning av det flytande silikongummit innefatta bestrålning av det flytande silikongummit under en tid i intervallet 15-25 sekunder. 15-25 sekunder kan vara tillräckligt för härdande av polymerföreningen.

Fig. 3 är en tvärsektionsvy av ett exempel på en form 2'. Formen 2' innefattar en UV- transparent vägg 7' och en central stångdel 8 som sträcker sig axiellt i formen 2'.

Väggen 7' och den centrala stångdelen 8 bildar ett formrum 6”.

En UV-ljuskälla 4 visas vilken bestrålar fonnen 2' med hjälp av en exemplifierande Ijusstråle L. Ljusstrålen L genomtränger ett nåra ändparti av väggen 7' relativt UV- ljuskällan 4. Ljusstràlen 7' genomtränger också ett bortre ändparti av väggen 7' relativt ljuskällan 4. Det bortre ändpartiet är beläget motsatt det nära ändpartiet.

Således går ljusstrålen L in i det nåra ändpartiet av väggen 7' och går ut på det bortre ändpartiet av väggen 7'. För detta ändamål fortplantas ljusstrålen L genom formrummet 6' och således genom formen 2'. Den beskrivna konstruktionen av fonnen 2' ger en form 2' som kan bestràlas från vilken som helst riktning för att hårda en iformen insprutad polymerförening 2' och följaktligen i formrummet 6. Detta kan vara gynnsamt för härdning av stora objekt. såsom högspänningsisolatorer, för att alla delar av det stora objektet som är i kontakt med omkretsytan av väggen 7' skall bestràlas, med hög UV-ljusintensitet, för ästadkommande därigenom av härdning av alla delar av det stora objektet.

Den centrala stàngdelen 8 möjliggör en härdad polymerstrukturprodukt som har en kanal som sträcker sig genom dess kropp. Därigenom kan till exempel högspänningsöverföringsledningar dras genom polymerstrukturkroppen.

Ovan beskrivna process och anordning kan på ett fördelatkigt sätt ge ett effektivt, snabbt och kostnadseffektivt tillverkningsförfarande för framställning av en härdad polymerstruktur. 10 535 705 10 Den med hjälp av föreliggande uppfinning framställda härdade polymerstrukturen kan med fördel fungera som isolatorer i högspänningstiliämpningar. Exempelvis kan de härdade polymerstrukturerna användas i isolerande anordning som isolerar kraftöverföringsledningar från pyloner, eller som hylsor. Hylsor isolerar i typfallet en högspänningsledare, som sträcker sig genom hylsan, från omgivande objekt. Vidare kan en härdad polymerstruktur i enlighet med uppfinningen bilda en stresskona för kabeltillslutningsändar t.ex. för högspänningsledningsanslutningar.

Det torde vara uppenbart att föreliggande uppfinning kan varieras på ett flertal sätt.

Sådana variationer skall inte betraktas som awikelser från omfånget för föreliggande uppfinning såsom den definieras av bifogade patentkrav. Fackmannen torde förstå i vilka andra typer av tillämpningar föreliggande förfarande skulle vara till nytta.

Claims (14)

10 15 20 25 30 535 705 11 Patentkrav

1. Förfarande för framställning av en härdad polymerstruktur utifrân en polymerför- ening, vilken polymerförening är UV-härdbar och delvis UV-transparent, varvid förfa- randet innefattar: insprutning (S1) av polymerföreningen i en forrn (2; 2'), vilken form (2; 2') har åtminstone en vägg (7; 7') som definierar ett formrum (6; 6') för mottagning av poly- merföreningen i formrummet (6; 6'), varvid nämnda åtminstone en vägg (7; 7') är UV- transparent, och bestrålning (S2) av polymerföreningen med hjälp av UV-ljus genom formen (2, 2'), varigenom polymerföreningen härdas för bildande av den härdade polymerstruk- turen, varvid bestrålningen (S2) innefattar bestrålning av polymerföreningen med hjälp av UV-lysdioder.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid bestrålningen (S2) innefattar bestrålning med UV- ljus med våglängder i intervallet 290 - 400 nm.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, varvid bestrålningen (S2) innefattar bestrålning med UV-Ijus med en våglängd på 365 nm.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid polymerföreningen innefattar flytande silikongummi.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, innefattande blandning (S0) av en UV-aktiverad katalysator med åtminstone en del av polymerföreningen.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid bestrålningen (S2) innefattar bestrålning av polymerföreningen under en tid i intervallet 10-60 sekunder.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid bestrålningen (S2) innefattar omkretsbestrålning av en yttre omkretsyta av nämnda åtminstone en vägg.

8. Förfarande enligt något av kraven 1-6, varvid bestrålningen (S2) innefattar bestrål- ning av polymerföreningen från flera riktningar samtidigt. 10 15 20 25 535 705 12

9. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid formen (2; 2') innefattar en termoplastisk polymer.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid formen (2, 2') innefattar PMMA.

11. Anordning (1 ) för framställning av en härdad polymerstruktur utifrån en polymer- förening. vilken polymerförening är UV-härdbar och delvis UV-transparent, varvid anordningen innefattar: en form (2; 2') med åtminstone en vägg (7; 7') som definierar ett formrum (6; 6'), vilken åtminstone en vägg (7; T) är UV-transparent, insprutningsorgan (3) anordnat att spruta in polymerföreningen iformrummet (6; 6') hos formen (2; 2'), och åtminstone en UV-lysdiod (4) anordnad att avge ljus till nämnda åtminstone en vägg (7; 7'), varigenom den insprutade polymerföreningen härdas.

12. Anordning (1 ) enligt krav 11, varvid nämnda åtminstone en vägg (7; 7') innefattar en termoplastisk polymer.

13. Anordning (1 ) enligt krav 11 eller 12, varvid nämnda åtminstone en vägg (7; 7') innefattar PMMA.

14. Anordning (1) enligt något av kraven 11-13, varvid polymerstrukturen är en hög- spänningsisolator.