Способ обработки полимерных материалов

 

Изобретение относится к химической технологии, преимущественно к технологии изготовления и обработки пластмасс и полимерных материалов, в частности к методам модификации механических свойств. Подвергают обработке пленки полимеров гамма-излучением изотопа 60Со в интервале экспозиционных доз от 1 до менее 1106P, в результате чего повышается эффективность и экономичность способа целенаправленного изменения механических свойств полимерных материалов. 4 табл., 7 ил.

Изобретение относится к химической технологии, преимущественно к технологии изготовления и обработки пластмасс и полимерных материалов, в частности к методам модификации их механических свойств.

Известен способ обработки литого полиэтилена и полиэтиленовой пленки путем воздействия ионизирующей радиации (электроны высоких энергий, -кванты). В этом способе прочность на растяжение и прочность на сдвиг увеличиваются в литом полиэтилене, начиная с дозы 2107 рад, модуль упругости соответственно с 6108 рад, удлинение и ударная вязкость уменьшаются с дозы 2107 рад. В полиэтиленовых пленках изменения механических свойств начинаются при меньших дозах, но и эти дозы превосходят 1106 рад, а максимальные изменения значений предела прочности на разрыв зависят от толщины пленки и достигаются при дозах (4,4 - 8,7)106 рад. (Справочник /под ред. В.Б. Дубровского. - М.: Атомиздат, 1973. - с. 264).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ воздействия на полиэтилен ионизирующей радиацией в интервале доз, равных или больших 1 Мрад (1106 рад). В этом способе прочность при растяжении облученного (до доз 50 и более Мрад) полиэтилена возрастает на 10-50%. (Радиационная стойкость материалов радиотехнических конструкций. Справочник / под ред. Н.А. Сидоров и др. - М.: Советское радио, 1976. - 568 с.) Недостатком известных способов является необходимость использования больших доз ионизирующего излучения для изменения механических свойств, что в свою очередь требует длительной работы ускорителей электронов или установок -излучения. Так, даже при мощности дозы 1103 рад/с доза 5107 рад набирается за 5104 с, т.е. приблизительно за 1.5 часа.

3aдачей настоящего изобретения является повышение эффективности и экономичности способа целенаправленного изменения механических свойств полимерных материалов. Технический результат достигается тем, что обработке подвергают пленки полимеров, а обработку осуществляют излучением изотопа 60Со в интервале экспозиционных доз от 1 до менее 1106P.

Положительный эффект настоящего изобретения проявляется в том, что появляется возможность значительно увеличить требуемые изменения механических свойств пленок полимеров, существенно уменьшив при этом время воздействия, т.е. резко увеличив производительность применяемого оборудования.

Нами экспериментально установлено, что воздействие -излучения приводит к существенному изменению механических свойств полимерных материалов, таких, например, как полиэтилен низкой плотности.

Так, в полиэтилене на 79% возрастает модуль упругости, на 6-8% увеличиваются верхний предел текучести и предел прочности. Существенно то обстоятельство, что эти важные в практическом отношении изменения механических свойств достигаются при малых экспозиционных дозах -излучения, меньших 1106P .

Перечень графических изображений.

Фиг. 1. Зависимости нормированных модуля упругости и верхнего предела текучести пленок полиэтилена от величины экспозиционной дозы -излучения.

Фиг. 2. Зависимости нормированных предела прочности и предельной деформации пленок полиэтилена от величины экспозиционной дозы - излучения.

Фиг. 3. Зависимости нормированных предела прочности на растяжение, модуля упругости, верхнего предела текучести и предельной деформации пленок полиэтилена после его вылеживания в природных условиях от величины экспозиционной дозы -излучения.

Фиг. 4. Зависимость нормированного предела прочности на растяжение полидиметилсилоксана, наполненного карбонатом кальция, от величины экспозиционной дозы -излучения.

Фиг. 5. Зависимость нормированной предельной деформации полидиметилсилоксана, наполненного карбонатом кальция, от величины экспозиционной дозы -излучения.

Фиг. 6. Зависимость нормированного модуля упругости полидиметилсилоксана, наполненного карбонатом кальция, от величины экспозиционной дозы -излучения.

Фиг. 7. Зависимости нормированных предельной деформации, предела прочности на растяжение и модуля упругости пленок полиимида от величины экспозиционной дозы - излучения.

Пример 1. Образцы, изготовленные из полиэтилена высокого давления (ПЭВД) пленочного (толщиной 80 мкм) марки 107-76, были подвергнуты облучению -квантами от изотопа 60Со в интервале экспозиционных доз 102 - 3108 Р. Изменение ряда механических свойств пленок полиэтилена, произошедшее в результате воздействия - излучения, измерено нами на разрывной машине WPM-250 (Германия) и представлено в таблице 1 и на фигурах 1 и 2.

Прежде чем перейти к анализу результатов, отметим, что нами приведены сведения об экспозиционных (падающих) дозах ионизирующего излучения, выраженных в рентгенах, тогда как в известных аналогах представлены поглощенные дозы ионизирующих излучений, выраженные в радах. Согласно, (Л.А. Сена. Единицы физических величин и их размерности. - М.: Наука, 1977, - 336 с.), 1 рад = 100 Эрг/г, 1 Р = 85 Эрг/г. Таким образом, например, 1106 рад = 1,176106 Р, 1106 Р = 8,5105 рад, но только в том случае, если в 1 г вещества поглощается вся энергия падающего -излучения. Расчет показывает, что в действительности в 1 г полиэтилена поглощается приблизительно 6,5% падающего -излучения. Поэтому по порядку величины падающей дозе 1106 Р соответствует поглощенная доза 6,5104 рад, падающей дозе 107 Р 6,5105 рад и т.д.

Отметим ряд особенностей в ходе кривых (нормированный модуль упругости), (нормированный верхний предел текучести), (нормированный предел прочности на растяжение), (нормированная предельная деформация).

В интервале экспозиционных доз, превышающем 106 Р, улучшение механических свойств материала не наблюдается. Более того, на большей части интервала наблюдается не повышение механических характеристик, а их уменьшение. Так, нормированный верхний предел текучести превосходит 1,0 лишь в начале интервала, нормированный предел прочности на растяжение всюду меньше единицы (за исключением точки D= 108 Р, где он равен 1,0), нормированная предельная деформация, соответствующая нормированному пределу прочности, всюду меньше единицы. Лишь нормированный модуль упругости всюду больше единицы, достигая наибольших значений на краях указанного интервала. При максимальной дозе падающего -излучения, равной 3108 Р, резко падает прочность ( 0,55 при 0,11), верхний предел текучести вообще не мог быть измерен, а модуль упругости резко возрастает, т.е. здесь происходит явная деструкция материала.

Напротив, в интервале экспозиционных доз 102 - 106 Р, происходит улучшение механических свойств полиэтилена. Так, здесь дважды становится больше единицы нормированный верхний предел текучести (при D= 104 и 106 Р), нормированный предел прочности соответственно при D= 104 Р, увеличивается нормированная предельная деформация при дозах 102 и 103 Р. А главное, имеет место резкое увеличение нормированного модуля упругости при минимальной дозе, равной 102 Р, а при дозах 104 и 106 Р также наблюдается два менее резко выраженных максимума.

Необходимо подчеркнуть, что измерения механических величин при каждой дозе облучения проведены на достаточно большом количестве образцов (от 7 до 10 шт, см. табл. 1). Поэтому достоверность результатов измерений не вызывает сомнений, о чем свидетельствуют значения доверительных интервалов, приведенных в табл. 1, и относительной ошибки измерений, представленные как в табл. 1, так и на фиг. 1 и 2.

Пример 2. Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) пленочный (толщиной 80 мкм) марки 107-76 был подвергнут процессу старения в природных условиях в течение 6 месяцев. Затем образцы, изготовленные из него, были подвергнуты облучению - квантами от изотопа 60Сo в интервале экспозиционных доз 0,1-1000 Р. Изменение ряда механических свойств пленок полиэтилена, произошедшее в результате воздействия - излучения, измерено нами, как и в примере 1, на разрывной машине WPM-250 и представлено в таблице 2. и на фиг. 3. Каждое приведенное в табл. 2 значение является усреднением измерений на пяти, шести или семи образцах.

Диапазон исследованных доз - излучения составил 0,1 - 1000 Р. За время естественного старения (6 месяцев) все образцы пленки подвергались облучению естественным фоном - излучения и получили дозу радиации, которую можно приближенно оценить следующим образом. Допустим, что величина естественного фона составляет 10 мкР/час. Тогда за 1 сутки доза составит 10 Р/час24 час = 2,410-4 Р, а за 6 месяцев - 10-5 Р/час24180 час = 2,41,810-2 Р = 4,3210-2 P. Если же величина естественного фона была выше, чем 10 мкР/час, что весьма часто наблюдается на практике, то доза, полученная образцами пленки за полгода, может быть еще ближе к 0,1 P - наименьшей из использованных доз облучения. Поэтому доза, равная 0,1 P принята нами за эталон и все значения механических величин нормированы к их значениям при дозе 0,1 Р.

Обращаясь непосредственно к таблице заметим, что значения нормированного верхнего предела текучести нормированного предела прочности на растяжение нормированной предельной деформации достигают максимальных величин при дозе, равной 1 Р, а значение нормированного модуля упругости при дозе, равной 3 Р, причем его значение при дозе 1 Р отличается от значения Е при дозе 3 Р меньше чем на 2%. Поэтому за величину нижнего предела доз облучения мы принимаем дозу, равную 1 Р.

Пример 3. Образцы наполненного эластомера полидиметилсилоксана, наполненного карбонатом кальция, были подвергнуты облучению - квантами от изотопа 60Co в интервале экспозиционных доз 102 - 108 Р. Изменение механических свойств наполненного эластомера, произошедшее в результате воздействия - излучения, измерено нами на той же разрывной машине и представлено в таблице 3 и на фигурах 4-6.

Величина нормированного предела прочности на растяжение, как правило, несколько превосходит единицу в интервале доз 102 - 105 Р и меньше единицы в интервале доз 106 - 108 Р.

Величина нормированной предельной деформации близка к единице в интервале доз 102 - 106 Р, а в интервале доз 106 - 108 Р закономерно уменьшается с ростом дозы.

Наконец, величина нормированного модуля упругости всюду больше единицы и возрастает с ростом дозы облучения.

При дозе 108 Р наблюдается снижение механических характеристик материала: уменьшается предел прочности 0,76), резко падает предельная деформация 0,1) и резко возрастает модуль упругости 3,5).

Пример 4. Образцы, изготовленные из пленочного полиимида толщиной 40 мкм, были подвергнуты облучению - квантами от радиоактивного изотопа 60Co в интервале экспозиционных доз 3101 - 3104 Р. Изменение механических свойств образцов пленки и полиимида, произошедшее в результате воздействия - излучения, измерено нами на той же разрывной машине и представлено в таблице 4 и на фигуре 7. Как следует из табл. 4 и фиг. 7, эти изменения в некоторых случаях достаточно велики. Так, при дозе D= 30 Р предел прочности возрастает на 13%, а предельная деформация - на 33%. При дозе 103 Р предел прочности возрастает на 4%, а предельная деформация - на 46%. При дозах 3103 и 3104 Р модуль упругости возрастает на 11%.

Формула изобретения

Способ обработки полимерных материалов гамма-излучением, отличающийся тем, что обработке подвергают пленки полимеров, а обработку осуществляют излучением изотопа 60Co в интервале экспозиционных доз от 1 до менее 1 106P.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химической технологии, преимущественно к технологии изготовления и обработки пластмасс и полимерных материалов, в частности к методам модификации механических свойств

Изобретение относится к синтезу гидрофильных полимерных материалов для мягких контактных линз (МКЛ)

Изобретение относится к области получения полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе сетчатых полимеров, армированных нитями, и может быть использовано для получения изделий методом намотки

Изобретение относится к здравоохранению, точнее к ультразвуковой диагностике

Изобретение относится к области радиационной стерилизации изделий медицинского назначения, например, хирургического шовного материала (ХШМ), изготовленного из аморфно-кристаллических термопластов, например, из полипропилена (ПП)
Изобретение относится к области переработки полимерных материалов в изделия и предназначено для изготовления трехмерных объектов из фотоотвержающихся материалов
Изобретение относится к технологии маркировки изделий или их части, выполненных из полимерного материала, с целью создания трехмерных или плоских подповерхностных меток, и может быть использовано для создания износостойкой маркировки

Изобретение относится к химической технологии, преимущественно к технологии изготовления и обработки пластмасс и полимерных материалов, в частности к методам модификации механических свойств

Изобретение относится к радиационной технологии, а более конкретно к технологии радиационной модификации органических материалов, и может использоваться при создании технологических линий по производству радиационно модифицируемых полимерных пленок

Изобретение относится к ускорительной технике и радиационной технологии, а более конкретно к технологическому оборудованию, предназначенному для радиационной модификации органических материалов, и может использоваться при создании технологических линий по производству радиационно модифицируемых полимерных пленок
Изобретение относится к технологии маркировки изделий или их части, выполненных из полимерного материала, с целью создания трехмерных или плоских подповерхностных меток, и может быть использовано для создания износостойкой маркировки

Изобретение относится к переработке полимерного материала и может быть использовано при термообработке, например сушке ленточных материалов, в частности протекторного полотна после нанесения клеевого покрытия

Изобретение относится к испытаниям резины, в частности к исследованию термоокислительных процессов, протекающих в крупногабаритных резиновых изделиях, которое может найти применение при прогнозировании сохранения качества и работоспособности массивных деталей из резин

Изобретение относится к формованию полимерного материала в пластическом состоянии, в частности к устройствам для нанесения покрытий на плоские или гнутые детали из стекла при их отверждении под действием облучения лучистой энергией и может быть использовано на предприятиях конструкционной оптики, автомобильной, медицинской и других отраслях промышленности

Изобретение относится к производству микросхем и касается процессов и оборудования в микролитографии

Изобретение относится к области обработки пластических материалов, например, с помощью пучка облучения и более конкретно к аппарату и способу для скручивания пряди пластического материала для повышения равномерности дозы облучения, направленной на прядь

Изобретение относится к химической технологии, преимущественно к технологии изготовления и обработки пластмасс и полимерных материалов, в частности к методам модификации механических свойств

Наверх