РЕЖУЩЕЕ МОНОВОЛОКНО ДЛЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДРЕЗКИ РАСТЕНИЙ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО МОНОВОЛОКНА
CUTTING MONOFILAMENT FOR PLANT TRIMMING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURE OF SUCH MONOFILAMENT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к режущему моноволокну для устройства для подрезки растений, такого как кусторез или триммер, и способу изготовления такого моноволокна.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В устройствах для подрезки растений, таких как кусторезы или триммеры, режущее моноволокно соединено с возможностью отсоединения с режущей головкой, а режущая головка приводится в высокоскоростное вращение двигателем.
При использовании моноволокно распрямляется по существу радиально от режущей головки за счет центробежных сил.
Такие моноволокна обычно изготовлены из синтетического, предпочтительно термопластичного, материала, обычно принадлежащего к семейству полиамидов.
При использовании таких моноволокон возникают некоторые проблемы.
Во-первых, моноволокна подвергаются высокой нагрузке от столкновения с подрезаемыми растениями и, следовательно, могут иметь ограниченный срок службы, что приводит к частой замене моноволокна.
Кроме того, вращение моноволокна может создавать значительный шум, создающий неудобства для пользователя и окружающих людей.
В патенте US 5687482 раскрыто скрученное моноволокно, позволяющее снизить уровень шума. Такое моноволокно имеет постоянное многоугольное поперечное сечение, положение которого непрерывно меняется вдоль продольной оси моноволокна. Это моноволокно изготавливается с помощью экструзионного устройства, содержащего матрицу с таким же поперечным сечением, как у моноволокна. Моноволокно вытягивается из этой матрицы и затем непрерывно скручивается и деформируется путем нагрева. Это моноволокно изготавливается из одного материала.
Кроме того, может быть полезно использовать в моноволокне разные материалы, что позволяет воспользоваться преимуществами специфических механических свойств каждого материала, например, для улучшения одновременно гибкости и стойкости моноволокна.
Когда разные материалы используются в виде смеси, высокую однородность этой смеси трудно получить, в частности из-за разных конфигураций и длин полимерных цепочек каждого из материалов.
Вследствие этого, моноволокно, полученное из такой смеси, может не обладать однородными механическими свойствами и, следовательно, его производительность может меняться в зависимости от рассматриваемого положения вдоль его продольной оси.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание моноволокна, содержащего по меньшей мере два материала и обеспечивающего по существу идентичность механических свойств моноволокна в любом положении вдоль его продольной оси.
Для этого, первой задачей настоящего изобретения является обеспечение режущего моноволокна для устройств для подрезки растений, таких как кусторезы или триммеры, поперечное сечение которого содержит по меньшей мере две части, изготовленные из термопластичных материалов, обладающих разными механическими свойствами, причем это поперечное сечение является постоянным вдоль продольной оси моноволокна, и в котором каждая из этих частей имеет непрерывно меняющееся положение вдоль продольной оси моноволокна, и расположение каждой из этих частей относительно этого поперечного сечения является постоянным вдоль продольной оси моноволокна.
Под моноволокном подразумевается волокно, сформированное из одной нити, а не сборку нескольких волокон.
Различия цветов термопластичного материала не принимаются во внимание относительно изменения механических свойств материала. Иными словами, если две части моноволокна изготовлены из одинакового материала, отличающегося только по цвету, они рассматриваются как изготовленные из материалов, обладающих разным химическим составом, но одинаковыми механическими свойствами.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, поперечное сечение содержит по меньшей мере три части, расположенные бок о бок в поперечном сечении моноволокна.
Граница между двумя соседними частями в поперечном сечении моноволокна может быть по существу линейной.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, положение каждой из частей поперечного сечения изменяется относительно продольной оси моноволокна на постоянный угол на единицу длины моноволокна.
Период изменения положения каждой из частей поперечного сечения относительно продольной оси моноволокна обычно превышает 40 мм.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, поперечное сечение имеет форму многоугольника, содержащего от четырех до восьми сторон.
Например, моноволокно имеет квадратное поперечное сечение, а части расположены таким образом, что они образуют соответствующие полосы, параллельные стороне поперечного сечения.
Такое моноволокно скручено вдоль его продольной оси, и угол изменения положения каждой из частей поперечного сечения равен углу скручивания моноволокна.
В соответствии с другим вариантом осуществления, поперечное сечение является круглым.
Обычно площадь поперечного сечения моноволокна равна поперечному сечению круглого моноволокна, диаметр которого составляет от 1,35 до 4 мм.
Предпочтительно по меньшей мере одна из частей содержит полиамид или сополиамид.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, часть поперечного сечения содержит ПА 6/6, а другая часть поперечного сечения содержит ПА 6-6/6.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, часть поперечного сечения содержит полимолочную кислоту (ПМК) или смесь, содержащую полиамид, полиолефин и вещество, способствующее разложению, включая стеарат переходного металла.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, по меньшей мере одна часть поперечного сечения содержит арамидные или пара-арамидные полимерные частицы.
Во втором своем аспекте настоящее изобретение относится к способу изготовления такого моноволокна.
Способ включает следующие этапы:
- обеспечение поворотной экструзионной головки, содержащей матрицу, имеющую такое же поперечное сечение, как и моноволокно, и приводящей во вращение эту матрицу;
- подача в экструзионную головку соответствующего материала для каждой из порций поперечного сечения моноволокна через соответствующие впускные отверстия, так чтобы разместить эти части поперечного сечения моноволокна в поперечном сечении матрицы;
- вытягивание моноволокна из матрицы, причем вращение матрицы вызывает непрерывное изменение положения каждой из частей поперечного сечения вдоль продольной оси моноволокна.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут ясны из приведенного ниже подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1А и 1В представлен вид в перспективе режущего волокна с квадратным поперечным сечением в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
На фиг. 2А и 2В представлен вид в перспективе режущего волокна с круглым поперечным сечением в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения
СВЕДЕНИЯ. ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1А и 1В представлено режущее моноволокно 1 в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. На фиг. 1А представлена наружная поверхность моноволокна, а на фиг. 1В представлены разрезы, демонстрирующие разные положения поперечного сечения вдоль продольной оси X.
Моноволокно по фиг. 1А и 1В имеет квадратное поперечное сечение, но изобретение в более общем смысле охватывает многоугольные поперечные сечения, содержащие более четырех сторон. Например, поперечное сечение может быть звездчатым, пятиугольным, шестиугольным.
На фиг. 2А-2В представлено режущее моноволокно 1 в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, имеющее круглое поперечное сечение.
На фиг. 2А представлена наружная поверхность моноволокна, а на фиг. 2В представлены разрезы, демонстрирующие различные положения поперечного сечения вдоль продольной оси X.
Многоугольное поперечное сечение может быть предпочтительно благодаря присутствию сторон, улучшающих производительность резания моноволокна для сухих растений; круглое поперечное сечение обычно предпочтительно для обрезки сочных растений.
Как можно видеть на фиг. 1А-1В и 2А-2В, поперечное сечение моноволокна содержит три части 10, 11, 12, расположенные бок о бок, образуя параллельные полосы.
Предпочтительно при квадратном поперечном сечении, как на фиг. 1А-1В, эти полосы параллельны сторонам квадрата. Таким образом, противоположные стороны могут быть изготовлены из разных материалов и, следовательно, иметь разные механические свойства.
Эти полосы могут иметь одинаковую ширину (т.е. ширина каждой из частей равна 1/3 ширины поперечного сечения); либо эти полосы могут иметь разную ширину - например, центральная часть 11 может быть шире, чем две наружные части 10, 12.
По меньшей мере две из частей 10, 11, 12 изготовлены из разных термопластичных материалов, т.е. из материалов, имеющих разные механические свойства.
Например, каждая из частей 10, 11, 12 изготовлена из материала, отличающегося от материала каждой другой части.
Альтернативно, одна часть (например, центральная часть 11) может быть изготовлена из первого материала, а две другие части (например, части 10 и 12, расположенные по обеим сторонам от части 11) могут быть изготовлены из второго материала, отличного от материала первой части.
Обычно режущие моноволокна изготавливают из полиамида (т.е. гомополимера) или сополимамида (т.е. сополимера).
Таким образом, материал каждой из частей обычно выбирают из полиамидов (например, ПА 6, ПА 6/6, ПА 6/12 или ПА 6/11) и сополиамидов (например, ПА 6-6/6), возможно армированных подходящим наполнителем.
Материал каждой из частей может быть выбран в зависимости от свойств, которые желательно придать соответствующей части.
Например, для придания гибкости данной части предпочтительно может использоваться ПА 6-6/6 (являющийся сополимером), тогда как использование ПА 6/6 (являющегося гомополимером) может быть предпочтительным для повышения твердости и стойкости соответствующей части.
Таким образом, структура моноволокна может быть отрегулирована для оптимизации свойств режущего моноволокна.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, моноволокно содержит центральную часть, изготовленную из оксо-биоразлагаемого материала, такого как композиция, содержащая полиамид, полиолефин, вещество, способствующее разложению, и вещество, улучшающее совместимость, как описано в патентной заявке ЕР 2492304 на имя заявителя, и две наружные части, изготовленные из ПА6 или ПА6-6/6. В оксо-биоразлагаемой композиции полиолефин предпочтительно содержит полиэтилен низкой плотности (ПНП). Вещество, способствующее разложению, предпочтительно содержит стеарат переходного металла, например стеарат железа, магния и/или кобальта. Предпочтительно композиция также содержит улучшающее совместимость вещество для обеспечения совместимости полиамида и полиолефина. Массовые соотношения такой композиции составляют: от 50% до 70% полиамида, от 20% до 40% полиолефина, от 2% до 10% вещества, способствующего разложению, и от 0,2% до 2% улучшающего совместимость вещества. Такое моноволокно обладает свойствами оксо-биоразлагаемости благодаря материалу центральной части, но другие части имеют лучшие механические свойства. Вследствие этого наружные части защищают центральную часть, а также улучшают производительность резания.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, моноволокно содержит центральную часть, изготовленную из полимолочной кислоты (ПМК), и две другие части, изготовленные из ПА6 или ПА 6-6/6. Таким образом, главная часть моноволокна обладает свойствами биоразлагаемости (ПМК разлагается под действием воды и/или энзимов), но другие части обладают лучшими механическими свойствами.
В соответствии с другим вариантом осуществления, моноволокно содержит центральную часть, изготовленную из смеси полиамида и полиолефина (например, смесь ПА6 и полиэтилена высокой плотности (ПВП)), причем полиолефин присутствует в количестве менее 50 масс. %, включая улучшающее совместимость вещество, как описано в патентной заявке WO 2009/124593 на имя заявителя, и две наружные части, изготовленные из ПА6 или ПА6-6/6, обладающие лучшими механическими свойствами, чем центральная часть.
Кроме того, по меньшей мере одна из частей может быть изготовлена из материала, армированного наполнителем, таким как стекловолокно, арамидные или пара-арамидные полимерные частицы, или другим наполнителем, подходящим для армирования моноволокна. Например, подходящие пара-арамидные частицы продаются компанией DuPont de Nemours под названием «Кевлар» (зарегистрированная торговая марка).
В этой связи можно заметить, что, как описано в патенте US 671697 на имя заявителя, введение небольшого количества арамидных или пара-арамидных полимерных частиц, причем это количество может составлять от 0,5% до 5% от общей массы, в полиамидную или сополиамидную режущую нить эффективно предупреждает явление застревания лески в режущей головке. Введение таких частиц также значительно повышает устойчивость к истиранию и износостойкость режущей нити, что было продемонстрировано испытаниями, которые показали снижение потери массы нити, составляющее приблизительно по меньшей мере 15%, по сравнению с обычной режущей нитью при одинаковых рабочих условиях.
Площадь режущего моноволокна обычно равна площади круглого моноволокна диаметром от 1,35 до 4 мм.
Поперечное сечение моноволокна является постоянным в том смысле, что в любом положении вдоль продольной оси моноволокна поперечное сечение имеет одинаковую форму и размеры, и части 10, 11 и 12 распределены внутри поперечного сечения одинаково.
Однако местоположение каждой из частей поперечного сечения непрерывно меняется вдоль продольной оси моноволокна. Иными словами, каждая из частей описывает спиральную траекторию вдоль продольной оси моноволокна (см. фиг. 1В и 2В).
В соответствии с одним из вариантов осуществления, положение каждой из частей поперечного сечения изменяется относительно продольной оси моноволокна на постоянный угол на единицу длины моноволокна.
Период изменения положения каждой из частей поперечного сечения относительно продольной оси моноволокна (т.е. минимальное расстояние в соответствии с продольной осью между двумя поперечными сечениями, где каждая из частей имеет то же положение относительно продольной оси) обычно превышает 40 мм.
Такую конфигурацию моноволокна можно получить с помощью поворотной экструзионной головки, содержащей матрицу, имеющую такое же поперечное сечение, как и моноволокно. Под таким же поперечным сечением подразумевается, что поперечное сечение матрицы имеет ту же форму, что и поперечное сечение моноволокна. Однако размер поперечного сечения матрицы может превышать размер поперечного сечения моноволокна с учетом возможного растяжения моноволокна после его вытягивания из экструзионной головки.
Способ изготовления осуществляется следующим образом.
Матрица приводится во вращение внутри экструзионной головки.
В экструзионную головку подается соответствующий материал каждой из по меньшей мере двух частей через по меньшей мере два соответствующих входных отверстия таким образом, чтобы разместить эти по меньшей мере две части поперечного сечения моноволокна в поперечном сечении матрицы. Входные отверстия управляются параллельно для подачи разных материалов в экструзионную головку.
Затем моноволокно вытягивают из матрицы, причем вращение матрицы приводит к непрерывному изменению положения каждой из по меньшей мере трех частей вдоль продольной оси моноволокна.
Затем моноволокно может быть растянуто, что приводит к уменьшению размера поперечного сечения готового моноволокна по сравнению с размером поперечного сечения матрицы. Например, поперечное сечение матрицы может в 6-7 раз превышать размер окончательного поперечного сечения моноволокна.
Если моноволокно имеет многоугольное (например, квадратное) поперечное сечение, вращение матрицы также приводит к скручиванию моноволокна вдоль его продольной оси.
В таком случае угол изменения каждой из по меньшей мере трех частей поперечного сечения равен углу скручивания моноволокна. Вследствие этого, если одна из частей расположена вдоль стороны поперечного сечения, это положение относительно поперечного сечения всегда сохраняется, какое бы положение вдоль продольной оси не занимало моноволокно. Таким образом, в любом положении вдоль продольной оси данная часть поперечного сечения всегда имеет одинаковый химический состав и механические свойства.
Использование поворотной экструзионной головки позволяет получить скрученное моноволокно без какого-либо этапа изготовления после вытягивания моноволокна из экструзионной головки. Таким образом, этот способ изготовления проще, чем описанный в патенте US 5687482, а также позволяет избежать деформации моноволокна.
Если моноволокно имеет круглое поперечное сечение, то вращение матрицы не влияет на наружную форму моноволокна, которое остается цилиндрическим, но также приводит к изменению положения трех частей вдоль продольной оси моноволокна.
Период изменения положения каждой из частей поперечного сечения определяется скоростью вращения матрицы: чем выше скорость вращения матрицы, тем меньше период изменения.
По сравнению с моноволокном, изготовленным из одной смеси разных материалов, размещение частей, изготовленных из разных материалов, в поперечном сечении моноволокна позволяет избежать недостаточной однородности, которая случается в смесях, и, таким образом позволяет лучше использовать механические свойства каждого материала. При необходимости соседние части могут содержать улучшающее совместимость вещество, которое способствует совместимости соответствующих материалов этих частей. Специалист может выбрать подходящее улучшающее совместимость вещество и определить его соотношение в зависимости от рассматриваемых материалов.
Хотя моноволокно по фиг. 1А-1В и 2А-2В содержит три части, изобретение включает варианты осуществления, содержащие только две части из разных материалов, и варианты, содержащие более трех частей из разных материалов.
Наружная поверхность моноволокна может также содержать бороздки вдоль продольной оси, которые могут быть сделаны после вытягивания моноволокна из экструзионной головки.
ССЫЛКИ
US 5687482
US 6171697