АДАПТИВНЫЙ МОДУЛЬ КРЕЙЗИНГ-МОДИФИКАЦИИ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА

Область техники
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.
Уровень техники
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.
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.
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.
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.
Указанные недостатки устройств, известных из уровня техники, преодолеваются при использовании полезной модели, которая более подробно описана ниже.
Полезная модель поясняется чертежом. На фигуре показана принципиальная схема модуля крейзинг-модификации полимерного материала.
Описание адаптивного модуля крейзинг-модификации
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
Вытяжку полимерного материала и одновременное нанесение на него модифицирующей композиции с помощью заявленной полезной модели осуществляют следующим образом.
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.
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.
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.
После прохождения семивальцев 4 технологической линии полимерный материал подают в устройство для отжига полимерного материала 13, в котором воздействуют на полимерный материал перегретым паром.
Использование модуля крейзинг-модификации иллюстрируется следующими примерами.
Пример 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.
Пример 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.
Пример 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.