способ обработки волокнистого полимерного материала

Формула изобретения

Способ обработки волокнистого полимерного материала воздействием на его поверхность электрическими разрядами в электрическом поле в газовой среде, отличающийся тем, что в качестве электрических разрядов используют электроимпульсные разряды и обработку осуществляют в среде воздуха или аммиака.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, конкретно, к процессам обработки волокнистого полимерного материала и может применяться в тех областях техники, где необходимо улучшить адгезионные свойства поверхности полимерного материала.

Известен способ обработки полипропиленовой пленки коронным разрядом для повышения ее адгезии. [1] К причинам препятствующим достижению технического результата относится большая энергоемкость и сложное аппаратурное оформление.

Известна химическая обработка полимерных материалов, при которой используют различные дорогостоящие, взрывоопасные и в ряде случаев токсичные вещества. Например, кордшнуры из полиэфирного волокна лавсан обрабатывают 5-ным раствором трифенилметан-4,4,4-триизоцианата в хлористом метилене для обеспечения высокой связи шнура с резиной. Используются и другие изоцианаты и растворителя. [2] К недостаткам этого метода следует отнести вредность, токсичность и взрывоопасность применяемых органических веществ: изоцианаты, ксилол, толуол, хлористый метилен, дихлорэтан, трихлорэтилен и др.

Наиболее близким является способ обработки полимерного материала [3] при котором поверхность полимерного материала подвергают воздействию электрических разрядов в электрическом поле и обработку осуществляют в газовой среде, состоящей из воздуха, элегаза и азота.

К причинам препятствующим достижению требуемого технического результата относится то, что обработка проводится посредством электрических разрядов, имеющих низкий коэффициент полезного действия, что приводит к большим затратам электроэнергии. /Так как W > 30^-13 Дж/м² [4]/.

Необходимо отметить, что адгезия в данном случае возрастает за счет образования микровпадин, что существенно увеличивает площадь контактной поверхности и одновременно снижает прочность полимерного материала.

В предлагаемом изобретении решается следующая задача: разработка эффективного способа обработки волокнистых полимерных материалов, обладающих высокими адгезионными свойствами.

При реализации предлагаемого способа достигается следующий технический результат снижение энергоемкости процесса и улучшение его технологичности.

Технический результат достигается путем обработки волокнистого полимерного материала воздействием на его поверхность электроимпульсных разрядов в электрическом поле в среде воздуха или аммиака.

Поверхность волокнистых полимерных материалов подвергается воздействию электроимпульсных разрядов в среде различных газообразных веществ. Выбор веществ обуславливается их химическим составом, то есть какие фрагменты исходного вещества требуется внедрить в данный полимерный материал. Посредством электроимпульсного разряда возбуждается ионизированный газ. При этом происходит взаимодействие между находящимися в разряде свободными электронами, ионами и возбужденными нейтральными частицами и поверхностью волокнистого полимерного материала. На активированной поверхности обрабатываемого материала происходит прививка фрагментов ионизированного газа, что приводит к улучшению адгезионных свойств волокнистого полимерного материала.

Предлагаемый способ технологичен: пропускают нить через зону электроимпульсного разряда при этом не происходит перекрещивания разрядного потока и нити. Электроимпульсный разряд происходит над поверхностью полимерной нити. Возможная непрерывная обработка и при этом не происходит разрушения внутреннего объема полимера, что и доказывается увеличением прочности нити.

При проведении обработки с использованием электроимпульсных разрядов используют дешевые и доступные вещества, которые по своему агрегатному состоянию могут быть газообразными.

Используя данный способ можно обрабатывать как отдельные участки полимерных материалов, так и весь полимерный материал; процесс может вестись непрерывно и при нормальных условиях.

Эффективность данного способа обуславливается тем, что только при электроимпульсном разряде коэффициент передачи электрической энергии реагентам составляет 94% что приводит к снижению энергоемкости процесса. У других типов разрядов он значительно ниже дуговой 50% тлеющий 30%).

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным материалам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного решения, позволило установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого решения по совокупности признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показали, что заявленное изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

Способ обработки полимерных материалов осуществляют следующим образом. Над поверхностью полимерного материала (нить) закрепляют пару электродов, к которым подводят высокое импульсное напряжение U 7 кв и поверхностная энергия 3010^-3 Дж/м² от генератора. В межэлектродное пространство подводят соответствующий газ. И в зависимости от требований опыта полимерный материал находился стационарно или перемещают в зоне электроимпульсных разрядов.

Газ из баллона 1, (см.фиг.1) через редуктор 2 и блок подготовки газа 3 подают в камеру обработки 4, выполненной из кварцевого стекла, в которой расположена пара электродов. К электродам подводится высокое импульсное напряжение частотой 150 гц от генератора 6, выполненного отдельным блоком. Туда же подают обрабатываемую нить, которая находится в газовой среде в зоне электроимпульсных разрядов. После проведения соответствующих опытов проводят исследования на состав полученных материалов, определяют прочность на разрыв, адгезию к резиновым смесям по ГОСТ 14863-69. Определение прочности связи резина-корд выполняли на резине 7В-14; вулканизация проводилась при 160^oC и времени 20 мин. Толщина нити корда составляла 0,7 мм, длина нити на участке контакта с резиной составляла 1 см. Температура испытаний 18^oC.

Пример 1. В качестве объекта используют лавсановую нить толщиной 0,7 мм. В камере обработки находятся плоские электроды, к которым подведено высокое напряжение. На расстоянии 2 см от них протягивают обрабатываемую лавсановую нить. При применении высокого напряжения в 7 кв, атмосферы обработки из воздуха или газообразного аммиака лавсановую нить протягивают возле плоских электродов так, что время обработки составляет 2 с. Благодаря такой обработке создаются условия, позволяющие модифицировать поверхность нити и увеличить адгезионную прочность, усилия выдергивания нити, а также прочность нити. Основные результаты этих опытов сведены в таблицу.

Пример 2. Аналогично обрабатывают капроновую нить. Проводят обработку в среде воздуха или газообразного аммиака. Основные результаты этих опытов сведены в таблицу.

Анализ данных таблицы показывает, что при предлагаемом способе модификации волокнистых полимерных материалов удается повысить адгезию к резиновым смесям на примере лавсановой и капроновой нитей, а также повысить прочность нити по сравнению с исходным образцом.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

1) способ, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении предназначен для обработки поверхности волокнистого полимерного материала и предназначен для последующего использования в областях техники, где необходимы улучшенные адгезионные свойства волокнистых полимерных материалов;

2) для предлдоженного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета способов и методов.

3) способ воплощающий предложенное изобретение при его осуществлении, может обеспечить достижение требуемого технического результата.

Следовательно, предложенное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.