РЕЖУЩАЯ НИТЬ УЛУЧШЕННОГО СОСТАВА ДЛЯ ТРИММЕРОВ И КУСТОРЕЗОВ
CUTTING FILAMENT WITH IMPROVED COMPOSITION FOR EDGE TRIMMERS, SCRUB CUTTERS AND THE LIKE

В целом, настоящее изобретение относится к устройствам для стрижки растений, например к кусторезам, триммерам и подобным им устройствам, и, в частности, изобретение относится к новым режущим нитям, предназначенным для таких устройств.
Обычно устройства с такими режущими нитями снабжены двигателем внутреннего сгорания или электрическим двигателем, вращающимся с высокой скоростью, которая может составлять приблизительно от 3000 до 12000 об/мин, и вращающейся режущей головкой, снабженной одной или более режущими лесками.
Такую режущую нить обычно получают экструзией/вытяжкой из полиамида, и в последние годы в структуру таких нитей были внесены значительные усовершенствования. Например, уже были описаны нити, имеющие формы, подходящие для снижения шума, повышения эффективности резки и т.д., получение нитей из различных материалов, позволяющих повышать эффективность резки, ускорять биоразложение, снижать производственные затраты и т.д.
Наиболее часто используемые для получения режущих лесок исходные материалы представляют собой синтетические вещества, среди которых, в частности, можно назвать полиамид 6, полиамид 6-6, сополимер полиамида 6/6-6 и сополимер полиамида 6/9 или 6/12. Для улучшения основных свойств таких веществ они могут быть модифицированы или в них могут быть добавлены наполнители. Чаще всего такие вещества экструдируют в виде мононитей, которые могут иметь различные диаметры и формы поперечного сечения, в частности круглое поперечное сечение, что не исключает применение многоугольных или звездообразных профилей или поперечных сечений.
Также известны режущие нити, полученные из двух или более компонентов. Их традиционно получают совместной экструзией материалов, подаваемых из двух разных источников.
В частности, известны нити, включающие основную центральную часть или сердечник из полиамида и вторичную часть, такую как оболочка, полностью или частично окружающую сердечник, полученную из материала, отличающегося от материала сердечника. В данном случае, "отличающийся материал" обозначает материал, который имеет по меньшей мере одно физическое или химическое свойство, отличающееся от соответствующего свойства материала сердечника.
Изготавливаемые в настоящее время режущие лески имеют удовлетворительные качества, но их свойства, технические характеристики или другие параметры все еще ограничены свойствами исходных материалов, из которых их изготавливают.В частности, стоимость исходных материалов постоянно возрастает из-за роста цен на сырую нефть, а также из-за увеличения других затрат.
Кроме того, уже использованные традиционные режущие лески из полиамида по существу не разлагаются ни при окислительном разложении, ни при фоторазложении, ни при термическом разложении, ни в окружающей среде. Действительно, даже учитывая, что внешняя поверхность лески может повреждаться под действием ультрафиолетового облучения, а также влаги и кислорода, содержащегося в воздухе, распространение разложения по слоям лески, начиная от наружного слоя к внутреннему, происходит чрезвычайно медленно.
Кроме того, концы или концевые части режущих лесок из полиамида имеют тенденцию разлохмачиваться, т.е. расщепляться на множество мелких волокон, имеющих гораздо меньшее поперечное сечение и эффективную массу, чем исходная нить.
Поскольку энергия, затрачиваемая при резке, имеет большее значение для кончика нити, уменьшение площади поперечного сечения и эффективной массы нити соответственно приводит к снижению способности нити к срезанию растительности при ударе.
В настоящее время не имеется известного вещества, из которого может быть полностью изготовлена режущая леска, не подвергающаяся расщеплению и сохраняющая свои основные свойства.
Таким образом, имеется необходимость создания режущей лески, разлагающейся в окружающей среде быстрее, чем известные нити, при разумной стоимости получения такой лески, которая, тем не менее, обеспечивает удовлетворительную эффективность резки.
Соответственно, первый аспект настоящего изобретения относится к режущему элементу устройства для обрезки растений, например кустореза или триммера, где по меньшей мере одна часть режущего элемента получена из смеси по меньшей мере полиамида, по меньшей мере одного термопластичного полиолефина и по меньшей мере одного вещества, способствующего разложению.
Термопластичный полиолефин предпочтительно выбран из группы, состоящей из полипропилена (ПП) и полиэтилена (ПЭ).
Согласно предпочтительному примеру осуществления термопластичный полиолефин представляет собой полиэтилен низкой плотности (ПЭНП).
Предпочтительно вещество, способствующее разложению, включает агент, способствующий фоторазложению, и/или агент, способствующий термическому разложению термопластичного полиолефина.
Например, вещество, способствующее разложению, включает стеарат марганца, стеарат железа или стеарат кобальта или их смесь.
По меньшей мере одна часть режущей нити обычно содержит от 5 до 50 масс. % термопластичного полиолефина, предпочтительно от 30 до 50%.
Кроме того, эта часть содержит предпочтительно от 0,2 до 20%, предпочтительнее от 2 до 10% и наиболее предпочтительно от 4 до 8 масс. % вещества, способствующего разложению.
Предпочтительно по меньшей мере одна упомянутая часть также может включать антиоксидант, содержание которого предпочтительно составляет от 0,1 до 2 масс. %, более предпочтительно от 0,5 до 1%.
Кроме того, в смесь может быть добавлено по меньшей мере одно вещество, повышающее совместимость, например этиленвинилацетат (ЭВА) или полиолефин, на который привит малеиновый ангидрид.
Согласно конкретному примеру осуществления изобретения режущая нить включает первую часть, образующую сердечник (центральный стержень), и вторую часть, по меньшей мере частично окружающую часть, образующую сердечник, и ограничивающую по меньшей мере одну область, разрушающую растения.
В частности, вторая часть может полностью окружать сердечник режущего элемента.
Обе части режущего элемента могут быть получены из смесей, состоящих из по меньшей мере полиамида, по меньшей мере одного термопластичного полиолефина и по меньшей мере одного вещества, способствующего разложению, а вторая часть получена из смеси, содержащей более высокую долю термопластичного полиолефина, чем первая часть.
Термопластичный полиолефин может представлять собой повторно используемый материал.
Настоящее изобретение дополнительно относится к композиции, применяемой для получения режущего элемента, например режущей нити, с помощью экструзии/вытяжки или литья под давлением, из смеси, состоящей из по меньшей мере полиамида и по меньшей мере одного другого термопластичного материала.
Термопластичный полиолефин предпочтительно выбран из группы, состоящей из полипропилена (ПП) и полиэтилена (ПЭ).
Согласно предпочтительному примеру осуществления термопластичный полиолефин представляет собой полиэтилен низкой плотности (ПЭНП).
Вещество, способствующее разложению, предпочтительно включает агент, способствующий фоторазложению, и/или агент, способствующий термическому разложению термопластичного полиолефина.
Например, вещество, способствующее разложению, включает стеарат марганца, стеарат железа или стеарат кобальта или их смесь.
Обычно композиция содержит от 5 до 50 масс. % термопластичного полиолефина, предпочтительно от 30 до 50%.
Кроме того, композиция предпочтительно содержит от 0,2 до 20%, предпочтительнее от 2 до 10%, и наиболее предпочтительно от 4 до 8 масс. % вещества, способствующего разложению.
Композиция также предпочтительно может включать антиоксидант в количестве, предпочтительно составляющем от 0,1 до 2 масс. %, более предпочтительно от 0,5 до 1%.
Кроме того, в смесь может быть добавлено по меньшей мере одно вещество, повышающее совместимость, например этиленвинилацетат (ЭВА) или полиолефин, на который привит малеиновый ангидрид.
Термопластичный полиолефин может представлять собой повторно используемый материал.
Ниже приведены не ограничивающие примеры осуществления изобретения.
В дополнение к аспектам, рассмотренным в настоящем описании, дополнительные аспекты проиллюстрированы графическими материалами, снабженными нижеследующими подробными описаниями.
На Фиг. 1 схематично показано частичное перспективное изображение режущей нити, имеющей первую конструкцию согласно изобретению,
На Фиг. 2 схематично показано частичное перспективное изображение режущей нити, имеющей вторую конструкцию согласно изобретению,
На Фиг. 3 схематично показано частичное перспективное изображение режущей нити, имеющей третью конструкцию согласно изобретению,
На Фиг. 4 и 5 представлены перспективные изображения использованной режущей нити, имеющей конструкцию, показанную на Фиг. 1, изготовленной из полиамида и из смеси согласно изобретению соответственно.
На Фиг. 1 представлена режущая нить механизированного устройства для обрезки растений, например триммера, кустореза и т.д., имеющая симметричное ромбовидное поперечное сечение 1.
Режущая нить получена из смеси, включающей по меньшей мере полиамид, по меньшей мере один термопластичный полиолефин и по меньшей мере одно вещество, способствующее разложению.
В настоящем описании термин "полиамид" означает как гомополимеры (например, РА6 или РА6-6), так и сополимеры (например, РА6/6-6).
Режущая нить представляет собой мононить, т.е. она получена одновременной экструзией смеси материалов, в отличие от нити, получаемой переплетением множества волокон из одинаковых или различных материалов.
Вследствие этого структура нити состоит из переплетенных цепочек полиамида и цепочек термопластичного полиолефина.
Вещество, способствующее разложению, представляет собой агент, который в определенных условиях способствует разложению термопластичного полиолефина.
"Разложение" представляет собой процесс окисления, которое включает фоторазложение, т.е. разложение термопластичного полиолефина под действием фотонов, и/или термическое разложение, т.е. разложение термопластичного полиолефина под действием тепла.
Вещество, способствующее разложению, выбирают из агентов, способствующих фоторазложению, агентов, способствующих термическому разложению, и агентов, способствующих как термическому, так и фоторазложению.
В зависимости от композиции веществ, способствующих разложению, разложение термопластичного полиолефина может происходить в основном по механизму фоторазложения, в основном по механизму термического разложения или в соответствии с обоими этими процессами, протекающими как одновременно, так и последовательно.
Специалист в данной области техники может выбрать подходящее вещество, способствующее разложению, из коммерчески доступных продуктов.
Например, фоторазложению в основном способствует стеарат железа, в то время как термическому разложению в основном способствует стеарат марганца.
Если вещество, способствующее разложению, включает оба агента, то будет происходить как фоторазложение, так и термическое разложение термопластичного полиолефина.
Для обеспечения как фоторазложения, так и термического разложения также может быть использован стеарат кобальта.
В этом случае нить из термопластичного полиолефина обычно начинает разлагаться под действием ультрафиолетового света (этап фоторазложения), и затем, когда небольшие части нити оказываются в почве, в основном происходит термическое разложение.
Предпочтительное содержание термопластичного полиолефина составляет от 5 до 50 масс. %
Для повышенного разложения режущей нити содержание термопластичного полиолефина предпочтительно выбирают максимально возможным, т.е. предпочтительно от 30 до 50%.
Наличие в композиции нити термопластичного полиолефина позволяет получать режущую нить с подходящей гибкостью и твердостью, кроме того, не подвергающуюся или ограниченно подвергающуюся расщеплению даже после продолжительного использования.
Кроме того, поскольку термопластичные полиолефины имеют более низкую плотность, чем полиамид, добавление термопластичного полиолефина снижает плотность нити.
Таким образом, при разложении цепочек термопластичного полиолефина нить начинает разрушаться из-за постепенного снижения сцепления между цепочками полиамида.
То есть после разложения термопластичного полиолефина в достаточной степени остаются только частицы полиамида, размеры которых гораздо меньше размеров нити, полностью изготовленной из полиамида.
Таким образом, частицы полиамида легче разлагаются в окружающей среде и, в особенности, быстрее разлагаются микроорганизмами, в частности, из-за существенного снижения отношения массы частиц к площади их поверхности, доступной для воздействия.
Другими словами, одновременное присутствие термопластичного полиолефина и вещества, способствующего разложению, вызывает синергетический эффект, обеспечивая ускоренное разрушение режущей нити.
Содержание вещества, способствующего разложению, определяется балансом между механическими свойствами нити, с одной стороны, и способностью разлагаться в течение заданного времени, с другой стороны.
Оптимальное содержание вещества, способствующего разложению, также зависит от содержания термопластичного полиолефина в нити и от ожидаемых условий хранения (разумеется, нить не должна разлагаться в течение нескольких месяцев хранения, а лишь после использования).
Чтобы режущая нить не начинала разрушаться во время хранения, композиция может включать антиоксидант.
Антиоксидант предпочтительно представляет собой фенольный антиоксидант (например, поставляемый под наименованием Irganox), и его содержание обычно составляет от 0,1 до 2 масс. %, предпочтительно от 0,5 до 1%, но может быть различным в зависимости от ожидаемых условий хранения.
Следует отметить, что в этом примере антиоксидант вводят в маточную смесь, полученную на основе полиамида.
Тем не менее, антиоксидант также может быть получен в виде порошка или жидкости, которую добавляют в термопластичные материалы перед экструзией.
Для получения требуемого эффекта содержание антиоксиданта может быть уточнено.
Например, если в смесь, включающую приблизительно 50% полиамида и 50% ПЭНП, добавляют вещества, способствующие фото- и термическому разложению, в количестве от 2 до 10 масс. %, предпочтительно от 4 до 8%, то получают нить, обладающую удовлетворительными механическими свойствами.
Пленку из рассматриваемой композиции толщиной 20 мкм испытывали в реальных климатических условиях, и было показано, что она разлагается в значительной степени в течение приблизительно шести месяцев, и также было установлено, что срок ее биоразложения в почве составляет около трех лет.
Композиция режущей нити дополнительно может содержать по меньшей мере одно из веществ, повышающих совместимость, предпочтительно состоящих из этиленвинилацетата (ЭВА) или любого полиолефина, на который привит малеиновый ангидрид или аналогичного вещества.
Например, вещество, повышающее совместимость, представляет собой известный из предшествующего уровня техники материал, применяемый для повышения совместимости полиамидов и полиэтиленов. Возможные примеры таких веществ включают:
- полиэтилен, этиленпропиленовые сополимеры и этиленбутеновые сополимеры, на каждый из которых привит малеиновый ангидрид или глицидилметакрилат,
- сополимеры этилена/алкил(мет)акрилата и малеинового ангидрида, в которых малеиновый ангидрид привит на основную цепь или сополимеризован,
- сополимеры этилена/винилацетата/малеинового ангидрида, в которых малеиновый ангидрид привит на основную цепь или сополимеризован,
- два вышеуказанных сополимера, сконденсированные с полиамидами или олигомерами полиамидов, имеющими только одну концевую аминогруппу,
- два вышеуказанных сополимера (этилена/алкил(мет)акрилата или этилена/винилацетата), в которых вместо малеинового ангидрида использован глицидилметакрилат,
- сополимеры этилена и (мет)акриловой кислоты и необязательно их соли,
- полиэтилен, полипропилен или этиленпропиленовые сополимеры, на каждый из которых привит материал, содержащий центр, способный реагировать с аминами; затем такие графт-сополимеры подвергают конденсации с полиамидами или олигомерами полиамидов, имеющими только одну концевую аминогруппу.
Все перечисленные выше материалы описаны в Европейской патентной заявке ЕР 0342066 и в патенте США U.S. 5342886, содержание которых включено в настоящее описание посредством ссылки.
Для осуществления настоящего изобретения, также могут быть использованы, например, вещества, повышающие совместимость, описанные в документах US 3963799, WO 96/30447 или ЕР 1057870.
Содержание вещества, повышающего совместимость, предпочтительно составляет от 0,1 до 5% и предпочтительнее от 0,5 до 2 масс. %
В особенно предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения режущая нить получена из смеси полиамида, полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) и вещества, способствующего разложению.
Предпочтительное содержание ПЭНП составляет от 5 до 50 масс. %, предпочтительно от 30 до 50%.
Согласно другому примеру осуществления изобретения термопластичный полиолефин представляет собой сильно разветвленный полимер, так называемый "сверхразветвленный термопластичный материал". В настоящем описании "сверхразветвленный" означает, что степень ветвления составляет от 10 до 99,9%, и предпочтительно от 20 до 99%, особенно предпочтительно от 20 до 95%. Для разъяснения понятия сверхразветвленных полимеров см. также P.J.Flory, J. Am. Chem. Soc, 1952, 74, 2718, и H.Frey et al., Chem. Eur. J., 2000, 6, No. 14, 2499.
Согласно другому примеру осуществления композиция режущей нити представляет собой смесь полиамида, линейного полиэтилена, т.е. полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) или линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП) и вещества, способствующего разложению.
Это позволяет получать режущую нить с подходящей гибкостью и твердостью, кроме того, не подвергающуюся или ограниченно подвергающуюся расщеплению (разлохмачиванию) даже после продолжительного использования.
Предпочтительное содержание ПЭВП составляет от 5 до 50 масс. %, предпочтительнее от 30 до 50%.
Следует отметить, что в объем настоящего изобретения включены любые формы поперечного сечения режущей нити.
На Фиг. 4 представлена использованная режущая нить из полиамида, которая начала расщепляться, в то время как на Фиг. 5 представлена использованная режущая нить, полученная из смеси полиамида и термопластичного полиолефина, на которой не видно следов разлохмачивания.
На Фиг. 2 представлена нить согласно изобретению, имеющая центральный сердечник 1 и оболочку 2.
В рассматриваемом примере оболочка 2 полностью окружает сердечник 1; тем не менее, сердечник может быть покрыт лишь частично.
Поперечное сечение сердечника имеет простую или сложную форму. В данном случае сердечник 1 имеет по существу круглое сечение.
Оболочка 2 может иметь любую требуемую форму поперечного сечения. В рассматриваемом примере оболочка 2 имеет кольцевое сечение 2, коаксиальное по отношению к сердечнику.
В рассматриваемом примере сердечник 1 получен из того же материала, что и вся нить, показанная на Фиг. 1, т.е. из смеси полиамида, по меньшей мере одного термопластичного полиолефина (предпочтительно по меньшей мере одного из следующих веществ: ПЭНП, ЛПЭНП, ПЭВП и ПП, перечисленных выше) и вещества, способствующего разложению.
Оболочка 2 получена из аналогичной смеси, содержащей, по сравнению со смесью, из которой изготовлен сердечник 1, большую или меньшую долю термопластичного полиолефина, оптимальную для получения требуемого баланса между твердостью оболочки в сравнении с твердостью сердечника и способностью разлагаться в течение заданного периода времени.
Наконец, на Фиг. 3 представлена другая конструкция режущей нити согласно изобретению, включающая центральный сердечник 1 и два крыла 3а, 3b, отделенные друг от друга и дополнительно образующие зазубренные или зубчатые режущие зоны Da и Db.
Предпочтительно нити согласно изобретению получают традиционным способом экструзии/вытяжки (в случае нитей, включающих два или более материала, способ включает совместную экструзию) или литья под давлением из описанной выше композиции. Изобретение дополнительно относится к самой композиции.
Кроме того, термопластичный полиолефин предпочтительно представляет собой повторно используемый материал, например повторно используемые упаковочные материалы.
Это позволяет дополнительно снижать затраты на производство нити.
Следует отметить, что специалист в данной области техники может скомбинировать настоящее изобретение с множеством других известных усовершенствований, касающихся режущих нитей (нити определенной формы и/или имеющие покрытие или включающие комбинации материалов, повышающие эффективность резки, снижающие шум при работе, повышающие способность к биологическому разложению, предотвращающие залипание и т.д.).
В настоящем описании рассмотрены примеры осуществления изобретения, включающие наилучший способ осуществления изобретения, что позволяет специалисту в данной области техники внедрять и использовать изобретение. Рассмотренный в описании предмет изобретения определен формулой изобретения и может включать другие примеры, которые может разработать специалист в данной области техники. Например, термопластичный полиолефин может представлять собой полиэтилен, полученный при использовании металлоценового катализатора, ПЭНП, полученный свободно-радикальной полимеризацией, полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) или полиэтилен средней плотности (ПЭСП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) или полиэтилен очень низкой плотности (ПЭОНП), который представляет собой сополимер этилена и альфа-олефина, выбранного из 1-бутена, метилпентена, 1-гексена и 1-октена.
Кроме того, изобретение относится к любому режущему элементу устройства для обрезки растений, например, лезвиям, описанным в патенте US 4406065, включаемым в объем настоящего изобретения.
Приведенные дополнительные примеры также включены в объем формулы изобретения, если в них имеются структурные элементы, не противоречащие буквальному толкованию формулы изобретения, или, если они включают эквивалентные структурные элементы, имеющие незначительные отличия от буквального толкования формулы изобретения.