РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКИЙ АППАРАТ ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ДЛИННОМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК 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.
Радиационно-химический способ модифицирования, для реализации которого создана данная полезная модель, является новым способом улучшения физико-механических свойств фторопласта-4. Этот способ был разработан в НИФХИ им. Л.Я.Карпова. По результатам работы по освоению этого способа и созданию нового конструкционного и триботехнического материала заявлены и получены: патенты РФ №2211228 с приоритетом от 19.02.2001 г., №2304592 с приоритетом от 31.03.2006 г., решение о выдаче патента от 22.10.2010 г. по заявке №2006136157/05.
Радиационно-химическая технология модифицирования позволяет получать структурно-модифицированный фторопласт-4, который превосходит по комплексу свойств как исходный материал, так и композиции на его основе. Главная особенность разработанного метода - обработка фторопласта-4 проникающими лучами при высоких температурах (выше точки плавления) в определенных ее интервалах.
Наиболее близким к заявляемому является устройство, описанное в патенте на полезную модель РФ 82589. Известное устройство создано для экспозиции заготовок фторопласта-4 и его композиций в поле ионизирующего излучения при заданных температурном режиме и составе газовой среды с целью осуществления процесса структурного модифицирования фторопласта-4 и представляет собой герметичный теплоизолированный аппарат цилиндрической формы. Аппарат снабжен одной или двумя герметизируемыми крышками, заглушаемыми отверстиями для контрольных термопар, штуцером подвода газовой смеси и 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). Аппарат включает в себя герметизированное нагревательное устройство для радиационно-химических аппаратов с системой вынужденного теплообмена и периферию управления в составе измерителей регуляторов температуры и давления. Недостатком данного технического решения является невозможность эффективно использовать полезный объем аппарата для модифицирования длинномерных заготовок (труб и стержней с характерной длиной равной диаметру рабочей зоны), высокий процент брака при модифицировании длинномерных заготовок, вызванный их искривлением и короблением при размещении на полках, необходимость рихтовки стержней и труб после проведения модифицирования.
Техническая задача, для решения которой создан заявленный объект, заключается во включении в номенклатуру модифицируемых заготовок длинномерных труб и стержней с характерной длиной равной или большей диаметра рабочей зоны, увеличение загрузки аппарата сырьем при модифицировании длинномерных заготовок, снижение процента брака, вызванного искривлением и короблением длинномерных заготовок при размещении их на полках, исключение из технологических операций рихтовки заготовок после проведения модифицирования.
Данная задача решается путем создания радиационно-химического аппарата, обеспечивающего заданные температурные условия и радиационно-химический режим в поле ионизирующего излучения и содержащего внешний и герметичный внутренний корпусы цилиндрической формы, стакан цилиндрической формы, герметично притягиваемую к корпусу верхнюю крышку с захватами для перемещения устройства с помощью крана, нижнюю герметизируемую крышку, штуцеры подвода и стравливания газовой смеси и коммутационные разъемы для подключения нагревателей, электродвигателя и термодатчиков, футеровку корпуса и крышки, нагревательные элементы, расположенные в верхней и нижней частях корпуса, лопастную мешалку, расположенную в верхней или нижней части корпуса, платформу крепления подвесов, устанавливаемую в верхней части стакана, набор подвесов, снабженных фиксаторами заготовок, для размещения труб и стержней различного типоразмера. Радиационно-химический аппарат может быть оснащен калибровочной оправкой по наружному или внутреннему диаметру для труб и стержней, крепящейся к как к подвесу, так и к дну стакана.
Технический результат полезной модели (ПМ) заключается в обеспечении технологического режима радиационно-химического модифицирования фторопласта-4, а именно, нагрева и выдержки 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 для длинномерных заготовок (труб и стержней с характерной длиной равной или большей диаметра рабочей зоны) фторопласта-4, а также в существенном увеличении производительности технологического процесса.
Техническое решение основано на использовании высокой вязкости расплава фторопласта, обеспечивающей сохранение геометрических размеров заготовок при их закреплении в подвесах в течение всего времени радиационной обработки выше температуры плавления.
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.
Техническое решение заявляемой ПМ обеспечивает:
1) возможность структурного модифицирования длинномерных (с характерной длиной равной высоте рабочей зоны) изделий из фторопласта-4 и его композиций;
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, снабженный двумя герметизируемыми крышками, заглушаемыми отверстиями для контрольных термопар, штуцером подвода газовой смеси, краном для стравливания газовой смеси. Во внутренней области аппарата расположен узел подвеса 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 калибровочной оправкой по наружному или внутреннему диаметру для труб и стержней, крепящейся к как к подвесу, так и к дну стакана.
Заявленный объект используется для получения материалов и изделий из стержней и труб структурно-модифицированного фторопласта-4, обладающих уникальным комплексом физико-механических свойств.
Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения радиационно-химического аппарата для модифицирования длинномерных заготовок фторопласта-4, проиллюстрированным графическими материалами.
На фиг.1 показан общий вид ПМ, на фиг.2 - один из возможных вариантов платформы крепления подвесов и набора подвесов, снабженных фиксаторами заготовок, для размещения труб и стержней различного типоразмера, на фиг.3 - вариант подвеса, снабженного фиксаторами заготовок.
Заявленный радиационно-химический аппарат для модифицирования длинномерных заготовок 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;
- рабочая зона (стакан) (5);
- 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.
- платформы крепления подвесов и набора подвесов (11), снабженных фиксаторами заготовок, для размещения труб и стержней различного типоразмера. (Более подробно платформа и подвесы отображены на фиг.2 и фиг.3).
Принцип работы устройства состоит в следующем. В заготовках необходимого типоразмера, на расстоянии от края, определяемом технологическим регламентом, изготавливаются сквозные технологические отверстия. Заготовки размещаются и фиксируются на подвесах. Подвесы крепятся к платформе, платформа загружается в аппарат. Аппарат 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, дм3
120
Вакуум, мм.рт.ст.
до 10-1
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
Габаритные размеры рабочей зоны, мм
500×800
Максимальная загрузка аппарата, кг
70
Потребляемая мощность, кВт
7
Напряжение сети питания, В
220/380
Частота переменного тока, Гц
50