УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКОГО СТРУКТУРНОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ФТОРОПЛАСТА-4

Полезная модель относится к области устройств, предназначенных для обработки изделий из фторопласта-4 с целью улучшения физико-механических свойств исходного материала, а конкретно - к устройству, использующемуся в процессе структурного модифицирования изделий из фторопласта-4 широкого номенклатурного ряда посредством их радиационно-химической обработки.
В мировой практике для улучшения физико-механических свойств фторопласта было выработано два основных подхода: физический и химический способы модифицирования.
Физический способ модифицирования фторопласта основан на создании композитов, получаемых путем введения в ПТФЭ мелкодисперсных и ультрадисперсных наполнителей.
Химический способ модифицирования основан на создании сополимеров тетрафторэтилена с другими частично либо полностью фторированными мономерами.
Оба способа позволяют получить набор новых материалов, обладающих той или иной улучшенной характеристикой, по сравнению с исходным фторопластом, но уступающие ему по комплексу свойств.
Радиационно-химический способ модифицирования является новым способом улучшения физико-механических свойств фторопласта-4. Этот способ был разработан в НИФХИ им. Л.Я.Карпова. По результатам работы по разработке нового способа модифицирования фторопласта-4 и созданию нового конструкционного и триботехнического материала получены патенты РФ: №2211228 с приоритетом от 19.02.2001 г. и №2304592 с приоритетом от 31.03.2006 г.
Радиационно-химический способ модифицирования позволил получить структурно-модифицированный фторопласт-4, который превосходит по комплексу свойств как исходный материал, так и все его композиции. Главная особенность разработанного метода - обработка фторопласта-4 проникающими лучами, при высокой температуре (выше точки плавления) и в специальным образом подобранной газовой среде.
Наиболее близким к заявляемому является устройство, описанное в патенте РФ №2167136. Известное устройство создано для модифицирования различных материалов и состоит из цилиндрического корпуса, содержащего внутреннюю вакуумную камеру с токоподводами и систему подачи газов. Корпус также имеет днище и снабжен герметичной крышкой. Внутри имеются приспособления для удерживания обрабатываемого материала. Однако радиационно-химический способ модифицирования фторопласта-4 в этом устройстве реализован быть не может из-за отсутствия конструкционных особенностей, позволяющих обеспечить и контролировать заданный температурный режим, а затем и радиационную обработку.
Технический результат полезной модели (ПМ) заключается в создании устройства, позволяющего обеспечивать технологический режим радиационно-химического модифицирования фторопласта-4, а именно, нагрев и выдержку заготовок фторопласта-4 и его композиций в заданном температурном режиме (до 400°С) в инертной среде (аргон), содержащей примеси кислорода и паров воды, при воздействии ионизирующих излучений.
60
Полезная модель предназначена для использования в составе стационарной радиационной установки с гамма-излучением изотопа Со.
Штатные условия эксплуатации ПМ заключаются в непрерывном режиме работы в рабочей зоне радиационной установки до набора заданной поглощенной дозы.
Сущность полезной модели заключается в использовании теплоизолированной камеры с системой принудительного теплообмена и системой продувки через нее газовой смеси с последующим ее помещением в ионизирующее поле.
Техническое решение заявляемой ПМ обеспечивает:
1) возможность структурного модифицирования изделий из фторопласта-4 и его композиций различного типоразмера;
2) нагрев и выдержку заготовок фторопласта-4 в интервале температур от 20 до 400°С;
3) регулировку скорости нагрева и охлаждения в интервале от 0 до 4°С/мин;
4) однородность температурного поля не хуже, чем ±2°С;
5) регулировку давления газовой среды в рабочей зоне в диапазоне 50-300 кПа;
6) задание объемной доли молекулярного кислорода и паров воды с точностью не хуже, чем 0.0002%;
7) однородность дозового поля не хуже, чем ±0.5 кГр/час.
Заявляемое устройство представляет герметичный теплоизолированный аппарат цилиндрической формы. Оно снабжено одной или двумя герметизируемыми крышками, заглушаемыми отверстиями для контрольных термопар, штуцером подвода газовой смеси, краном для стравливания газовой смеси. Во внутренней области аппарата расположены полки для обрабатываемых заготовок. Для обеспечения равномерности температурного поля в камере аппарат комплектуется внутренней лопастной мешалкой радиального типа (вентилятором). ПМ включает в себя герметизированное нагревательное устройство для радиационно-химических аппаратов с системой вынужденного теплообмена и периферию управления в составе измерителей регуляторов температуры и давления.
Техническое решение может быть выполнено с полками, снабженными съемными трафаретами для размещения заготовок различного типоразмера.
Заявленное устройство используется для получения материалов и изделий из структурно-модифицированного фторопласта-4 широкого номенклатурного ряда (блоки, втулки, пластины, пленки и пр.), обладающих уникальным комплексом физико-механических свойств.
Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения радиационно-химического аппарата для структурного модифицирования фторопласта-4, проиллюстрированным графическими материалами.
На фиг.1 показан общий вид ПМ, на фиг.2 - один из возможных вариантов полки для образцов.
Заявленное устройство для структурного модифицирования фторопласта-4 включает в себя (фиг.1):
- внешний корпус (1), обеспечивающий необходимую жесткость конструкции;
- герметичный внутренний корпус (3);
- крышку верхнюю (2), герметично притягиваемую к корпусу и снабженную захватами для перемещения аппарата с помощью крана;
- крышку нижнюю (6);
- футеровку корпуса и крышки (4), обеспечивающие нагрев внешнего корпуса аппарата не более 50°С;
- штуцеры подвода и стравливания газовой смеси, оборудованные запорными вентилями;
- нагревательные элементы (9), обеспечивающие возможность нагрева до 400°С со скоростью 0-4°С;
- датчики температуры (термопары и термометры сопротивления) обеспечивающие измерение температуры в рабочей зоне с точностью ±1°С (8);
- систему принудительного теплообмена (7, 10), обеспечивающую однородность температурного поля в рабочей зоне на уровне ±2°С;
- манометры и датчики давления, обеспечивающие измерение давления в рабочей зоне в диапазоне 50-300 кПа с точностью ±1 кПа;
- электромеханические клапаны давления, позволяющие стравливать избыточное давление в процессе подготовки и проведения процесса модификации.
- набор съемных полок (5) различной конструкции для размещения стандартных заготовок различной геометрии. (Более подробно полка отображена на фиг.2). Эти полки для размещения заготовок снабжены съемными трафаретами для заготовок различного типоразмера
Принцип работы устройства состоит в следующем. Аппарат загружается сырьем и герметизируется, к нему подводятся линия подачи газовых смесей и электроэнергии. К выводам управляющих термопар подсоединяется непосредственно на колодки, либо через термокомпенсационные провода измеритель-регулятор температуры (ИРТ). Выводы нагревающих элементов так же подсоединяются к ИРТ. На ИРТ задается программа нагрева (нагрев, выдержка, охлаждение), определяемая требуемым технологическим процессом. После запуска программы нагрева разница между заданной программной и реальной температурой заставляет ИРТ выдавать соответствующую мощность на нагревательные элементы. Система принудительного теплообмена вынуждает циркуляцию газовой смеси внутри аппарата, что приводит к ее перемешиванию, отводу тепла от нагревательных элементов и созданию однородного температурного поля внутри аппарата. Датчики давления фиксируют текущее давление внутри аппарата и выдают сигнал через многоканальный измеритель-регулятор на электромеханические клапана, что позволяет стравливать избыточное (с точки зрения технологического регламента) давление. В процессе отработки программы «нагрев-выдержка-охлаждение» устройство во время, заданное
технологическим регламентом, помещается в поле ионизирующих излучений до набора необходимой дозы.
Технические характеристики устройства для структурного модифицирования фторопласта-4
Диапазон рабочих температур, °С
20-380
Рабочий объем, дм<sup>3</sup>
120
Вакуум, мм.рт.ст.
до 10-<sup>1</sup>
Диапазон рабочих давлений, атм.
1-3
Погрешность поддержания температуры в рабочей зоне, °С
±2
Однородность температурного поля в рабочей зоне, °С
±5
Скорость нагрева-охлаждения, °С/мин
0,1-4
Максимальная температура внешнего корпуса радиационно-химического аппарата, °С
50
Габаритные размеры рабочей зоны, мм
⌀400×650
Максимальная загрузка аппарата, кг
60
Габаритные размеры, мм
⌀700×1200
Потребляемая мощность, кВт
8,5
Напряжение сети питания, В
220
Частота переменного тока, Гц
50