PL174565B1 - Lont niskoenergetyczny i sposób jego wytwarzania - Google Patents

Abstract

1. Niskoenergetyczny lont stanowiacy rurke z tworzywa sztucznego z kanalem, w którym to kanale znajduje sie material reaktywny zdolny po zapaleniu do podtrzymania fali uderzeniowej wewnatrz kanalu, przy czym ta rurka sklada sie z co najmniej dwu warstw materialów z tworzyw sztucznych, z tym, ze ta pierwsza warstwa z tworzywa sztucznego znajduje sie blizej kanalu, a druga warstwa z tworzywa sztucznego znajduje sie na zewnatrz pierwszej warstwy i co najmniej ta druga warstwa zawiera w przewazajacej ilosci polimery- czna zywice dajaca sie orientowac w kierunku ciagnienia, znamienny tym, ze polimer w drugiej warstwie jest zorientowany osiowo i ma stopien orientacji powyzej 20%, a ponizej 90%, a polimer pierwszej warstwy ma stopien orientacji osiowej nie przewyzszajacy stopnia orientacji drugiej warstwy o wiecej niz 10% jednostek stopnia orientacji. PL PL PL PL PL PL PL

Description

Niniejszy wynalazek dotyczy niskoenergetycznego lontu stanowiącego rurkę z tworzywa sztucznego z kanałem, który to kanał zawiera materiał reaktywny zdolny po zapaleniu do podtrzymania fali uderzeniowej wewnątrz kanału, przy czym ta rurka składa się z co najmniej dwu warstw materiałów z tworzyw sztucznych, z tym, że ta pierwsza warstwa z tworzywa sztucznego znajduje się bliżej kanału, a druga warstwa z tworzywa sztucznego znajduje się na zewnątrz pierwszej warstwy i co najmniej ta druga warstwa zawiera w przeważającej ilości polimeryczną żywicę dającą się orientować w kierunku ciągnienia.

Wynalazek dotyczy także sposobu wytwarzania takiego lontu oraz lontu wytworzonego tym sposobem.

Lont niskoenergetyczny omawianego typu opisano po raz pierwszy w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 590 739 i licznych opisach patentowych opublikowanych po nim. Ogólnie rzecz ujmując ten lont składa się z wąskiej rurki z tworzywa sztucznego, przy czym w kanale tej rurki jest rozmieszczony reaktywny materiał pirotechniczny lub samowybuchowy. Ilość materiału reaktywnego jest wystarczająca na to, by wywołać w kanale roznoszącą się z dużą prędkością falę uderzeniową, zdolną do wywołania zapłonu wtórnych czy funkcyjnych urządzeń pirotechnicznych, takich jak detonatory i spłonki przekaźnikowe w układach ładunków wybuchowych. Jednak ta ilość materiału reaktywnego jest wystarczająco mała na to, by zatrzymać reakcję wewnątrz rurki, bez jej zniszczenia, rozerwania, a nawet odkształcenia, i na to, by uczynić całe urządzenie bezpiecznym, nieszkodliwym i bezgłośnym w użytkowaniu.

Mimo, że to urządzenie jest z zasady proste, stawiane mu wymagania fizyczne proste nie są. Dla wytrzymania sił wywołanych przez falę uderzeniową potrzebna jest znaczna wytrzymałość w kierunku promieniowym. Prędkość sygnału wytraca się lub fala zatrzymuje się gdy rurka ulegnie znacznej deformacji lub przerwaniu. Wytrzymałość w kierunku promieniowym jest także potrzebna po to, by uniknąć ściśnięcia i uszkodzeń zewnętrznych oraz umożliwić przyłączenie obciskowe urządzeń funkcjonalnych do rurki. Znaczna wytrzymałość w kierunku osiowym, przy zachowanej sprężystości, jest potrzebna dla zamortyzowania sił związanych z manipulacjami, łączeniem w sieć i operacjami zakładania ładunków. Ogólna odporność, na obciążenia dynamiczne jest potrzebna w trudnych warunkach polowych panujących przed

174 565 pracami wybuchowymi i po nich. Dalsze pożądane właściwości to odpowiednie parametry tarcia oraz odporność na wilgoć i oleje.

Materiałem reaktywnym jest zazwyczaj proszek wprowadzony do kanału. Z tego powodu unikalny wymóg stawiany rurce lontu polega na tym, że wewnętrzna powierzchnia musi mieć odpowiednią adhezję do proszku. Zbyt słabe przyciąganie może spowodować ruchliwość proszku, co przerwie sygnał ze względu na rozrzedzenie materiału lub zatykanie materiałem. Zbyt silne związanie przeciwdziała szybkiej reakcji i wybuchowi pyłu.

Ze względu na to, że produkuje się rurki lontów o znacznej długości, materiały, z których wykonuje się rurki muszą być niedrogie, a sposoby ich wytwarzania muszą odznaczać się efektywnością kosztów.

Te wymogi są częściowo sprzeczne, toteż w przypadku rurek jednowarstwowych często trzeba zgodzić się na kompromis jeśli chodzi o zestaw pożądanych właściwości. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 328 753 zasugerowano wytworzenie dwuwarstwowej rurki i dobrano materiały zewnętrzny i wewnętrzny o różnych właściwościach, jednak nie znaczy to, że zostały one tym samym użyte optymalnie.

W kanadyjskim opisie patentowym nr 1 200 718 i w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 817 673 zasugerowano, że wytrzymałość w kierunku osiowym można zwiększyć przez wprowadzenie podłużnych włókien wzmacniających do materiału rurki. Otrzymana niesprężysta rurka jest niezdolna do wytrzymywania wydłużeń w warunkach polowych i ma tendencje do łamania się lub odłączania od swego detonatora gdy podda się ją naprężeniu. Materiał rurki nie jest skutecznie wykorzystywany mimo zwiększonych kosztów wytwarzania i wzmocnień.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 607 573 opisano sposób wytwarzania, zgodnie z którym najpierw wytwarza się wewnętrzną rurkę o odpowiednich właściwościach adhezyjnych, a potem wydłuża się ją poprzez nadwytłaczanie dla zwiększenia szybkości wytwarzania, zmniejszenia ilości adhezyjnego materiału wewnętrznego i nadania orientacji materiałowi wydłużonej rurki. Odpowiednie materiały nie są stosowane efektywnie, gdyż orientacjajest skoncentrowana w warstwie wewnętrznej, co powoduje kruchość w kierunku promieniowym, przy czym zewnętrzna warstwa niewiele przyczynia się do wytrzymałości w kierunku osiowym. Jeśli nie ograniczy się rozciągania, otrzymuje się produkt podatny na pękanie.

W europejskim opisie patentowym nr 327 219 opisano jednowarstwową rurkę wytłoczoną z mieszaniny polimeru dającego się orientować w kierunku ciągnienia i mniejszej ilości polimeru o zdolności do adhezji. Podano, że podczas wytwarzania polimer adhezyjny gromadzi się na wewnętrznej powierzchni rurki, a znaczną orientację polimerom nadaje się w etapie orientowania przez rozciąganie na zimno po wytłoczeniu. Orientacja zwiększa znacznie wytrzymałość rurki w kierunku osiowym, lecz następuje proporcjonalna utrata wytrzymałości w kierunku promieniowym, co ponownie prowadzi do słabej odporności na wstrząsy i złego wykorzystania potencjalnych możliwości wytrzymałościowych właściwych zastosowanym polimerom.

Te nowocześniejsze projekty rurek zwiększają koszty produkcji i trudności. Proste współwytłaczanie lub nadwytłaczanie można zrealizować dosyć łatwo, jednak nie wykorzystuje się przy tym pełnej wytrzymałości materiałów. Orientację przez znaczne rozciąganie można także przeprowadzić efektywnie, jednak może ona prowadzić do uzyskania nie nadających się do zaakceptowania właściwości w kierunku promieniowym. Ograniczone rozciąganie może być korzystne, jednak istnieje wówczas tendencja do wystąpienia niestabilnych warunków procesu i niejednakowych właściwości gotowej rurki, o ile ulegający orientacji polimer nie jest podtrzymywany przez inne warstwy lub gdy nie zachodzą pewne dodatkowe warunki.

Głównym celem niniejszego wynalazku jest uniknięcie trudności związanych ze stosowanymi dotyczczas rurkami lontów. W szczególności tym celem jest dostarczenie rurki lontu złożonej z dwu lub większej liczby warstw, przy optymalnym wykorzystaniu właściwości wytrzymałościowych materiałów. Innym celem jest dostarczenie rurki lontu o odpowiednich właściwościach wytrzymałościowych zarówno w kierunku osiowym, jak i w kierunku promieniowym. Jeszcze innym celem jest dostarczenie rurki lontu, której warstwa wewnętrzna przyczynia się głównie do nadania wytrzymałości w kierunku promieniowym, a której warstwa

174 565 zewnętrzna przyczynia się głównie do nadania wytrzymałości w kierunku osiowym. Jeszcze innym celem jest dostarczenie warstwowej rurki o dodatkowo polepszonych wyżej wspomnianych właściwościach. Dalszym celem wynalazku jest dostarczenie odpowiedniego sposobu wytwarzania rurki lontu, nadającego odpowiednie właściwości. Również celemjest dostarczenie sposobu wytwarzania rurki, który umożliwiłby uniknięcie problemów z uzyskaniem pożądanych parametrów procesu.

Te cele osiąga się z użyciem charakterystyk przedstawionych w załączonych zastrzeżeniach patentowych.

Zgodnie z wynalazkiem dostarcza się rurki niskoenergetycznego lontu, typu po raz pierwszy omówionego tutaj, w której polimer w drugiej warstwie jest osiowo zorientowany w stopniu odpowiadającym 20 - 90% jego możliwej orientacji (według definicji), a polimer w pierwszej warstwie jest osiowo zorientowany w stopniu nie większym niż 10% powyżej stopnia orientacji polimeru z drugiej warstwy.

Orientacja osiowa polimeru w drugiej warstwie nadaje rurce polepszoną wytrzymałość w kierunku osiowym. Orientacja jest ograniczona aby utrzymać sprężystość rurki w kierunku osiowym i jej zdolność do wydłużenia plastycznego dla spełnienia wyżej omówionych wymogów dotyczących produkcji i warunków polowych. Orientacja jest ograniczona także po to, by zachować znaczący wpływ na wytrzymałość rurki w kierunku promieniowym i uniknąć kruchości. Orientacja pierwszej warstwy polimeru jest co najwyżej zasadniczo taka sama jak w drugiej warstwie. Jeśli jest ona w jakimkolwiek stopniu wyższa, to wynika to wyłącznie z niemożliwego do uniknięcia wydłużenia przy pewnych wariantach procesu produkcyjnego. Korzystnie orientacja pierwszej warstwy jest niższa od orientacji drugiej warstwy, zwłaszcza przy wyższym stopniu orientacji w drugiej warstwie. Niski stopień orientacji w pierwszej warstwie sprzyja wytrzymałości rurki w kierunku promieniowym. Przede wszystkim warstwa ta zachowuje dzięki temu cechę braku kruchości w tejże pierwszej warstwie, zarówno w kierunku promieniowym, jak i w kierunku osiowym, co, jak stwierdzono, jest stanem optymalnym pod względem odporności rurki na siły związane z falą uderzeniową. Bez wiązania się teorią uważa się, iż obserwowany brak odporności rurki na falę uderzeniową jest związany z osłabieniem wytrzymałości na działanie karbu wywołanym nagłym zadziałaniem fali uderzeniowej na warstwę polimeru, której kruchość w dowolnym kierunku nadała orientacja przez rozciąganie, co daje szczególnie złe rezultaty gdy tworzenie się pęknięć jest z łatwością inicjowane w warstwie wewnętrznej. Obecne sugestie pozwalają zachować odporność na obciążenia dynamiczne zarówno w kierunku promieniowym, jak i w kierunku osiowym. Właściwości w kierunku promieniowym mają bezpośredni wpływ na siły rozchodzenia się uderzenia, lecz między innymi również tendencje do pękania osiowego odgrywają ważną rolę, gdyż uszkodzenia rurki można znaleźć głównie w miejscach załamań i sfałdowań rurki. Uzupełnieniem niskiej orientacji warstwy wewnętrznej jest fakt, iż warstwa zewnętrznajest głównie odpowiedzialna za całkowitą wytrzymałość rurki w kierunku· osiowym. Niska orientacja warstwy wewnętrznej pozostaje również w zgodzie z wymogiem dobrych właściwości adhezyjnych w kanale rurki. Zgodnie z korzystnymi postaciami wynalazku rurka może zawierać dalsze warstwy, co zwiększa wyżej omówione właściwości podstawowe lub dodaje rurce nowe korzystne właściwości drugorzędne.

Wynalazek dotyczy także sposobu wytwarzania niskoenergetycznego lontu, obejmującego etapy a) formowania drogą wytłaczania pierwszej warstwy z tworzywa sztucznego, która to pierwsza warstwa ma postać rurki, b) wprowadzania materiału reaktywnego do kanału rurki,

c) ograniczania orientowania pierwszej warstwy przez rozciąganie dla uzyskania niskiego stopnia orientacji, nie przewyższającego 10% (według definicji), d) formowania drogą wytłaczania drugiej warstwy z tworzywa sztucznego wokół pierwszej rurki, przy czym ta pierwsza warstwa ma wyżej podany niski stopień orientacji i e) orientowania przez rozciąganie na zimno pierwszej warstwy i drugiej warstwy razem, przy czym orientuje się osiowo polimer drugiej warstwy do stopnia orientacji (według definicji) powyżej 20%, a poniżej 90% i orientuje się osiowo polimer pierwszej warstwy do stopnia orientacji nie przewyższającego stopnia orientacji polimeru drugiej warstwy o więcej niż 10% jednostek stopnia orientacji.

Końcowy etap orientowania przez rozciąganie na zimno daje pożądaną orientację co najmniej drugiej warstwie, co poprawia wytrzymałość rurki w kierunku osiowym. Ograniczony

174 565 stopień orientacji pozwala zachować rurce właściwości przy wydłużaniu, a także korzystny wpływ pierwszej warstwy na wytrzymałość w kierunku promieniowym. Dzięki ograniczonemu orientowaniu przez rozciąganie pierwszej warstwy przed nałożeniem i podczas nakładania drugiej warstwy ta pierwsza warstwa nie ulega nadmiernej orientacji w końcowym etapie orientowania przez rozciąganie i zachowuje właściwość braku kruchości zarówno w kierunku promieniowym, jak i w kierunku osiowym. Dzięki wspólnemu orientowaniu warstw przez rozciąganie istnieje pewność, że orientacja pierwszej warstwy nie przewyższy orientacji drugiej warstwy, a ponadto służy to ułatwieniu samej operacji orientowania przez rozciąganie, gdyż różne właściwości materiałów warstw przyczyniają się do zniwelowania nieregularności i niestabilności.

W tym sposobie można stosować dodatkowe etapy dla dalszego ograniczenia końcowej orientacji w pierwszej warstwie i skoncentrowania orientacji do drugiej warstwy. Sposób ten może obejmować dodatkowy etap, w którym nakłada się jedną lub większą liczbę dodatkowych warstw, przed operacją orientowania przez rozciąganie lub po niej, dla uzyskania dodatkowych omówionych tu korzyści. Sposób można ogólnie realizować z użyciem procesu współwytłaczania, nadwytłaczania lub wytłaczania posobnego.

Dalsze cele wynalazku i korzyści z nim związane staną się oczywiste po zapoznaniu się z przedstawionym poniżej szczegółowym jego opisem.

Definicje

Przez stosunek rozciągnięcia należy rozumieć stosunek wagowyjednakowych odcinków rurki odpowiednio przed orientowaniem przez rozciąganie i po orientowaniu przez rozciąganie. Miara ta jest zasadniczo podobna do stosunku długości tej samej części rurki przed orientowaniem przez rozciąganie i po orientowaniu przez rozciąganie, jednak uwzględnia ona także zmianę gęstości.

Orientowanie przez rozciąganie na zimno dotyczy orientowania przez rozciąganie w warunkach umożliwiających znaczną orientację cząsteczek w polimerach dających się orientować w kierunku ciągnienia. Warunki te mogą wymagać stosowania temperatury poniżej temperatury krzepnięcia polimeru, w przeciwieństwie do orientowania przez rozciąganie na ciepło, w przypadku którego dozwolonajest znaczna relaksacja cząsteczek równocześnie z orientowaniem przez rozciąganie. O ile nie podano inaczej, o warunkach dla drugiej warstwy mówi się tu jako o wynalazczym celu skoncentrowania orientacji w tej warstwie.

Tworzywo sztuczne to całkowita kompozycja materiałowa zastosowana w warstwie. Obejmuje ona główną część, to jest jeden lub większą liczbę polimerów, nadających warstwie wytrzymałość i ogólnie zdolnych do ulegania orientacji, a także wszelkie dodatki inne niż te polimery.

Współwytłaczanie to proces zasadniczo jednoczesnego formowania co najmniej dwu warstw, zwykle poprzez wytłaczanie stopów z różnych ustników tej samej głowicy. Nadwytłaczanie to proces, zgodnie z którym najpierw wytwarza się warstwę w postaci dostatecznie zestalonej na to, by ten wytłoczony wyrób można było przeprowadzić przez drugą wytłaczarkę, w której nakłada się drugą warstwę. Wytłaczanie posobne to proces nadwytłaczania realizowany w jednym ciągu produkcyjnym z pierwszą operacją wytłaczania, bez międzyoperacyjnego magazynowania pierwszego wytłoczonego wyrobu.

Próba fałdowania to metoda określania skłonności rurki lontu do pękania pod wpływem uderzenia w obrębie fałd na rurce. Na ciągłym odcinku badanej rurki wytwarza się pewną liczbę fałd, przy czym minimalna długość rurki pomiędzy fałdami to 50 cm. Fałdy utrzymuje się poprzez wprowadzenie ich do okrągłych otworów wywierconych w płytce na głębokość około 3 cm i o średnicy około 65% większej niż podwójna średnica rurki (czyli około 8 mm dla rurek 3 mm). Po inicjacji wybuchu w nurce fałdy bada się pod kątem wszelkich pęknięć ścianki i wynik podaje się jako iloraz liczby fałd z pęknięciami do całkowitej liczby fałd.

Stopień orientacji to wartość orientacji rurki lontu w kierunku osiowym wyrażona w procentach, przy czym 0% to brak orientacji lub orientacja bezładna, a 100% to maksymalna możliwa orientacja rozpatrywanego polimeru. Dla ustalenia rzeczywistej wartości dla próbki, leżącej w zakresie między tymi wartościami ekstremalnymi, można stosować różne sposoby.

174 565

Sugerowane tu sposoby są oparte albo na umownej granicy plastyczności, albo na spektrometrii IR.

Sposób pomiaru stopnia orientacji związany z umowną granicą plastyczności polega na ustaleniu wartości wytrzymałości próbki na rozciąganie sprężyste, wyrażone jako stosunek siły do pola przekroju poprzecznego próbki (E, MpA), przy rozciąganiu próbki, w trakcie którego rejestruje się wydłużenie (L, m), siłę i przekrój poprzeczny. Typowa próbka ulega najpierw rozciąganiu sprężystemu pod wpływem szybkiego wzrostu przyłożonej siły, a następnie wydłuża się z odkształceniem plastycznym pod wpływem wolniejszego wzrostu przyłożonej siły. Siłę na przegięciu pomiędzy tymi fazami przyjmuje się jako maksymalną granicę sprężystości próbki względem jej przekroju poprzecznego w tym punkcie. Wartość tę określa się dla badanej zorientowanej próbki (Ex), jak również dla tego samego materiału w stanie nie zorientowanym (Emin) i w pełni zorientowanego (Emax), a stopień orientacji podaje się jako (Ex-Emin)/(EmaxEmin)100. Figura 4 ilustruje typowe wykresy zależności L od E i sposób wyznaczania wyżej wspomnianych wartości. Ten sposób jest prosty, lecz wymaga dostępu do próbki badanego materiału oraz jej nie zorientowanych i w pełni zorientowanych odpowiedników.

Sposób określania stopnia orientacji z użyciem spektrometrii IR polega na pomiarze absorpcji spolaryzowanego promieniowania IR przy jednej lub kilku różnych częstotliwościach wibracji cząsteczkowej próbki, na którą wpływa orientacja, a mianowicie silna absorpcja występuje w płaszczyźnie polaryzacji równoległej do wibracji, a słaba absorpcja w płaszczyźnie prostopadłej. Absorbancję (A, wielkość bezwymiarowa) określa się normalnie w kierunku polaryzacji promieniowania równolegle i prostopadle do osi rozciągania próbki, a stosunek dichroizmu (D, wielkość bezwymiarowa) określa się jako stosunek tych absorbancji. Można obliczyć współczynnik orientacji (f, wielkość bezwymiarowa), zmieniający się od 0 do 1 dla odpowiednio braku orientacji i pełnej orientacji wzdłuż wybranej osi. Ta wartość podana jest tu w procentach dla stopnia orientacji wzdłuż osi rozciągania. Tym sposobem można zmierzyć absolutny stopień orientacji, normalnie stosowany wespół z FTIR (fourierowska spektroskopia w podczerwieni), a opisano go np. w Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, wydanie 1988, vol. 14, str. 542 (546) - 576, H. F. Mark i inni.

Ogólny opis rurki lontu

Jakkolwiek rurka według wynalazku może mieć zastosowanie do innych celów niż te tu opisane, korzystnie stosuje się ją do niskoenergetycznego lontu typu opisanego we wstępie i zacytowanych opisach patentowych. Charakterystyczne dla takiego lontu jest to, że rurką jest wąska rurka z tworzywa sztucznego zdolna do zatrzymania uderzenia w swym wnętrzu z zachowaniem strukturalnej integralności.

Zewnętrzna średnica rurki może wynosić 1-10 mm, a zazwyczaj wynosi 2-5 mm. Wewnętrzna średnica rurki może wynosić 0,2 - 4 mm, a zwłaszcza 0,5 - 3 mm. Produkty handlowe mają zwykle średnicę zewnętrzną około 3 mm i średnicę wewnętrzną około 1 mm. Rurka może mieć przekrój poprzeczny dowolnego kształtu, lecz korzystnie jest ona okrągła.

Materiałem reaktywnym mogą być związki samowybuchowe, takie jak PETN, RDX, HMX, itd., ewentualnie z dodatkami poprawiającymi zdolność do inicjacji wybuchu, takimi jak glin. Prędkość sygnału w przypadku materiałów tego typu wynosi z reguły 1000 - 3000 m/sekundę. Materiałem reaktywnym może być także pirotechniczna mieszanka paliwa i składników utleniających, która zazwyczaj podczas reakcji wytwarza niewiele gazu. Mieszaniny tego rodzaju, których rolą jest głównie spowalnianie prędkości sygnału dla uzyskania opóźnienia, opisano np. w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 660 474, 4 756 250 i 4 838 165 oraz w europejskim opisie patentowym nr 384 630 i w opisie PCT nr 87/06954. Prędkość sygnału może wynosić około 500 - 1500 m/sekundę. Materiałami reaktywnymi są na ogół proszki o cząstkach wielkości około 1 - 100 pm, a zwłaszcza 5 - 50 pm. Materiał, jak wspomniano, korzystnie przylega do ścianki kanału, lecz może być także przyłączony do nośnika w kanale, jak to opisano w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 540 739, lub wprowadzony w postaci włókien, jak to opisano w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 290 366.

W kanale utrzymuje się materiał reaktywny w możliwie najmniejszej ilości niezbędnej dla uzyskania stabilnej reakcji zachodzącej z pożądaną szybkością bez rozerwania rurki. Ilość

174 565 absolutna zależy od rodzaju materiału reaktywnego i rozmiaru rurki. Jako nie stanowiący ograniczenia przykład można podać, że w przypadku handlowego produktu z samowybuchającym materiałem ta ilość może wynosić 1 -100 mg/m, a korzystnie 5-50 mg/m.

Rurka według wynalazku może mieć taką samą lub podobną charakterystykę. Będzie ona zawierać co najmniej dwie warstwy, z których pierwsza leży bliżej kanału, a druga znajduje się na zewnątrz pierwszej warstwy. Jest korzystne by te dwie warstwy były utworzone z różnych materiałów, co zostanie wytłumaczone w dalszej części. Każda z opisanych warstw rurki może być wewnętrznie podzielona na kilka różnych warstw o odrębnych lub zmieniających się w sposób ciągły właściwościach. Rurka może zawierać włókna wzmacniające, lecz korzystnie nie stosuje się takich włókien jako zbędnych lub nawet szkodliwie wpływających na pożądaną elastyczność osiową.

Pierwsza warstwa

Główny polimer tworzywa sztucznego tworzącego pierwszą warstwę będzie miał ograniczony stopień orientacji dla spełnienia wyżej podanych celów. W pewnych przypadkach stopień orientacji może być wyższy od stopnia orientacji w drugiej warstwie, np. gdy pierwszą warstwę trzeba poddać pewnemu zorientowaniu przez rozciąganie ze względu na wymagania procesu nadwytłaczania przed końcowym orientowaniem przez rozciąganie na zimno. Należy potem utrzymywać taką wartość stopnia orientacji by nie przewyższał on więcej niż o 10% stopnia orientacji drugiej warstwy. W innych przypadkach górna granica stopnia orientacji pierwszej warstwy jest taka, by wartość tego stopnia orientacji nie przewyższała wartości stopnia orientacji drugiej warstwy (zostanie ona podana później). Korzystnie ten stopień orientacji jest niższy, a najkorzystniej znacznie niższy, zwłaszcza przy wyższych wartościach stopnia orientacji w drugiej warstwie. W wartościach absolutnych ten stopień orientacji może wynosić poniżej 35%, korzystnie poniżej 25%, a korzystniej poniżej 15%. Jest korzystne, by warstwa wewnętrzna wykazywała minimalną orientację osiową, np. stopień orientacji przewyższający 5%, a także przewyższający 10%.

Ogólne sposoby zapewniania niskiej orientacji w pierwszej warstwie mogą polegać na stosowaniu wyższej temperatury absolutnej w pierwszej warstwie niż w drugiej warstwie podczas orientowania przez rozciąganie na zimno, na stosowaniu wyższej temperatury względnej dzięki użyciu polimeru o niższej temperaturze mięknienia lub topnienia niż temperatura mięknienia lub topnienia polimeru w drugiej warstwie, względnie na stosowaniu polimeru słabiej poddającego się orientacji, np. bardziej rozgałęzionego lub o mniejszej gęstości niż polimer w drugiej warstwie.

Pierwsza warstwa jest korzystnie warstwą leżącą najgłębiej i korzystnie powinna ona wykazywać opisane już właściwości adhezji do proszków. Mechanizm adhezji może być oparty na różnych zasadach, np. -na zwykłym przyleganiu lub przyciąganiu elektrostatycznym. Korzystny sposób polega na stosowaniu polimeru zawierającego polarne grupy funkcyjne nadające przyciąganie dipolowe przy zachowaniu dobrych właściwości wytrzymałościowych polimeru. Korzystnym typem polimerów sąjonomery, takie jak Surlyn i Primacore (zarejestrowane znaki towarowe). Dalsze sugestie dotyczące polimerów typu polarnego podano w wyżej wspomnianym europejskim zgłoszeniu patentowym nr 327 219.

W przypadku gdy ograniczenie stopnia orientacji pierwszej warstwy ma się wiązać z niższą zdolnością polimeru do orientacji, można dobrać polimery o budowie rozgałęzionej i niższej gęstości, np. 850 - 950 lub 880 - 925 kg/m³ w przypadku polietylenów i odpowiednich wartościach gęstości dla innych polimerów.

Druga warstwa

Druga warstwa polepsza wytrzymałość rurki w kierunku osiowym i powinna ona mieć znaczny stopień orientacji, np. powyżej 20%, korzystnie powyżej 30%, a korzystniej powyżej 40%. Maksymalny stopień orientacji powinien wynosić do 90% w przypadku gdy druga warstwa nie jest jedyną warstwą odpowiedzialną za zewnętrzną kruchość rurki, np. gdy dalsza warstwa znajduje się na drugiej warstwie. W innych przypadkach oraz ze względu na najlepsze właściwości ogólne stopień orientacji powinien być ograniczony do poniżej 80% lub nawet 70%. Oznacza to, że druga warstwa będzie mieć pośredni stopień orientacji w porównaniu z produktami rozciągniętymi w stopniu odpowiadającym ich maksymalnej wytrzymałości na rozciąganie.

174 565

Materiał na drugą warstwę można dobrać spośród polimerów dających się orientować w kierunku ciągnienia przy znaczącej trwałości i wytrzymałości. Zalecane są polimery liniowe, takie jak polimery włóknotwórcze. Można stosować typy dowolnej gęstości, jednak korzystnie dobiera się polimery odpowiadające polietylenom pomiędzy LDPE i HDPE, takie jak LLDPE, LMDPE, itd. Gęstość metryczna może wynosić 900 -1000, a zwłaszcza 925 - 975 kg/cm³. Można stosować odpowiednie polimery z monomerów innych niż etylen, takich jak propylen, względnie ich kopolimery. Można również stosować polimery nieolefinowe, takie jak poliamidy lub poliestry. Dalsze sugestie podano w europejskim opisie patentowym nr 327 219.

Skoncentrowanie orientacji w drugiej warstwie można ułatwić przez dobór polimerów łatwiej dających się orientować w kierunku ciągnienia. Inne podejście polega na doborze polimeru o wyższej temperaturze mięknienia. Temperatura ta powinna być wtedy wyższa od temperatury mięknienia polimerów w pierwszej warstwie. Odpowiednia temperatura mięknienia mogłaby wynosić powyżej 100°C, a korzystnie powyżej 120°C.

Druga warstwa może stanowić najbardziej zewnętrzną część rurki, lecz jest także możliwe, a czasem zalecane, by rurka zawierała dalsze warstwy.

Dalsze warstwy

Rurka może mieć dalsze warstwy oprócz pierwszej i drugiej warstwy. Dodatkowe warstwy można stosować głównie dla nadania drugorzędnych właściwości rurce lub też dla polepszenia właściwości związanych z wytrzymałością strukturalną.

Dodatkową najbardziej wewnętrzną warstwę można stosować dla nadania powierzchni kanału właściwości adhezyjnych względem proszków, jakkolwiek jest korzystne by pierwsza warstwa sama pełniła tę funkcję. Taka dodatkowa warstwa powinna być cienka, np. jej grubość powinna wynosić poniżej 0,4 mm, a korzystnie poniżej 0,2 mm, najkorzystniej zaś poniżej 0,1 mm.

Dodatkową najbardziej zewnętrzną warstwę można stosować np. jako barierę dla wilgoci lub olejów, względnie dla nadania powierzchni rurki gładkości, miękkości lub barwy.

Korzystną dodatkową warstwą sprzyjającą wytrzymałości strukturalnej jest trzecia warstwa z tworzywa sztucznego na zewnątrz drugiej warstwy. Podobnie jak pierwsza warstwa, ta trzecia warstwa korzystnie ma ograniczony stopień orientacji, nie przewyższający bardziej niż o 10% stopnia orientacji drugiej warstwy, korzystnie stopień orientacji niższy od stopnia orientacji drugiej warstwy, a korzystniej niski stopień orientacji, nie przewyższający 35%, a korzystnie nie przewyższający 25%. Pewna orientacja jest w trzeciej warstwie pożądana, np. powyżej 5%, a korzystnie powyżej 10%.

Materiałem może być polimer dający się orientować w kierunku ciągnienia, taki jak polimery typu nadającego się na drugą warstwę. Inne alternatywy to EVA, EAA, poliamidy, itd. W celu uniknięcia zbyt wysokich wartości stopnia orientacji w trzeciej warstwie można dobrać tworzywa sztuczne trudniej ulegające orientacji. Alternatywnie lub dodatkowo wybrany polimer mógłby mieć temperaturę mięknienia niższą od temperatury mięknienia polimeru z drugiej warstwy.

Gotowa rurka

Stosunki wymiarów warstw mogą w dużej mierze zależeć od liczby warstw oraz względnej wytrzymałości zastosowanych materiałów i stopnia ich orientacji, w ramach ogólnych zakresów według wynalazku. Ogólnie druga warstwa nadaje wytrzymałość w kierunku osiowym, dzięki orientacji w wyniku rozciągania, a także w znacznej mierze przyczynia się do wytrzymałości w kierunku promieniowym, dzięki narzuconym ograniczeniom tej orientacji. Pierwsza warstwa nadaje wytrzymałość w kierunku promieniowym, lecz przede wszystkim zapobiega powstawaniu pęknięć lub osłabianiu wytrzymałości na działanie karbu w krytycznych wewnętrznych częściach rurki.

Wziąwszy pod uwagę ten podział wpływów, należy zachowywać małe rozmiary pierwszej warstwy, np. poniżej 50%, a korzystnie poniżej 35% pola przekroju poprzecznego ścianki rurki, lecz powyżej 10%, a korzystnie powyżej 15% tej powierzchni. W wielkościach absolutnych grubość ścianki pierwszej warstwy powinna wynosić poniżej 0,4 mm, a korzystnie poniżej 0,3 mm, lecz powyżej 0,1 mm, a korzystnie powyżej 0,2 mm.

174 565

Pozostałą część wymiaru ścianki powinna dopełniać druga warstwa w przypadku rurek dwuwarstwowych, przy czym nie bierze się tu pod uwagę jakiejkolwiek dodatkowej cienkiej warstwy nadającej drugorzędne właściwości. Gdy ze względu na wymogi wytrzymałości strukturalnej istnieje najbardziej zewnętrzna trzecia warstwa, taka warstwa korzystnie w znacznym stopniu przyczynia się do wytrzymałości w kierunku promieniowym. Wówczas rozmiar drugiej warstwy można zmniejszyć, np. do 20 - 60%, a korzystnie do 30 - 50 % pola powierzchni ścianki rurki, a rozmiar trzeciej warstwy może również mieścić się w tych granicach. Stopień orientacji w drugiej warstwie powinien być wówczas również zwiększony, w podanych granicach, po to by warstwa ta w większej mierze przyczyniała się do wytrzymałości w kierunku osiowym, a w mniejszej mierze do wytrzymałości w kierunku promieniowym.

Całkowita wytrzymałość rurki powinna przewyższać 25 MPa, korzystnie 40 MPa, a najkorzystniej 50 MPa.

Ze względu na rozciągnięcie i orientację gotowa rurka ma tendencje do kurczenia się w wyniku relaksacji. Przy temperaturze otoczenia i przy temperaturze roboczej to kurczenie jest ograniczone ze względu na równoważący wpływ wzajemnie oddziaływujących na siebie warstw i związaną z tym relaksację naprężeń, zwykle poniżej 5%, a korzystnie poniżej 3%. Kurczenie się pod wpływem ciepła może jednak przewyższyć 3%, a także przewyższyć 5% na długości.

Operacje wytłaczania

W sposobie wytwarzania powinno się unikać wysokiego stopnia orientacji w pierwszej warstwie, koncentrując orientację w drugiej warstwie. Ze względu na to, iż sugerowaną drogą orientacji polimeru w drugiej warstwie jest orientowanie przez rozciąganie na zimno jednocześnie pierwszej i drugiej warstwy, pierwszym wymogiem stawianym sposobowi wytwarzania jest zapewnienie przed rozpoczęciem etapu orientowania przez rozciąganie na zimno niskiego stopnia orientacji w pierwszej warstwie znajdującej się w rurce złożonej z pierwszej i drugiej warstwy. Ogólnie oznacza to, że należałoby unikać jakiegokolwiek rodzaju orientowania przez rozciąganie na zimno pierwszej warstwy zanim nie nałoży się drugiej warstwy. W niektórych sposobach wytwarzania, takich jak nadwytłaczanie, pewnego wydłużenia pierwszej warstwy nie da się uniknąć, tak więc ten sposób powinien dopuszczać ograniczony stopień orientacji w pierwszej warstwie przed orientowaniem przez rozciąganie na zimno, powiedzmy poniżej 20%, a korzystnie poniżej 10%. W innych sposobach, takich jak współwytłaczanie, praktycznie nie trzeba wprowadzać żadnej orientacji w etapach wytwarzania warstw.

Jakkolwiek materiał reaktywny można wprowadzić do kanału gotowej rurki, w dowolnej chwili od wytworzenia zestalonej wewnętrznej rurki do wytworzenia gotowej rurki, np. drogą wdmuchiwania lub zasysania sproszkowanego materiału albo wprowadzania cieczy z materiałem reaktywnym do odrębnych odcinków rurki, to jednak ogólnie jest zalecane, by materiał reaktywny wprowadzać w sposób ciągły w trakcie wytwarzania warstwy wewnętrznej lub warstw wewnętrznych rurki. Można to zrealizować poprzez dostarczanie materiału reaktywnego i jego dozowanie poprzez kanał lub dyszę głowicy wytłaczarki produkującej warstwę wewnętrzną, usytuowane centralnie w stosunku do pierścieniowego ustnika, przez który wytłacza się wyrób. Zwykle oznacza to, że materiał jest wprowadzany zasadniczo równocześnie z wytwarzaniem warstwy wewnętrznej.

Nadwytłaczanie lub wytłaczanie posobne rozpoczyna się od wytłoczenia pierwszej warstwy w postaci rurki, po którym prowadzi się co najmniej krótkie chłodzenie dla uzyskania zestalenia przed nałożeniem drugiej warstwy w drugim etapie wytłaczania. Jakjuż wspomniano, pewne wydłużenie może być nieuniknione podczas przeprowadzania pierwszej warstwy w postaci rurki przez głowicę wytłaczarki, w której realizuje się nadwytłaczanie, lecz poza tym nie powinno zachodzić żadne orientowanie przez rozciąganie, ani przed nadwytłaczaniem, ani w jego trakcie. Nie wyklucza to rozciągnięcia warstwy wewnętrznej na ciepło, czyli w stanie stopionym, ale korzystnie stop wytłacza się przez przekrój poprzeczny większy niż potrzebny i stop wyciąga się przed zestaleniem. Korzystny stopień wyciągnięcia, wyrażony jako stosunek średnic, to od dwu- do dziesięciokrotnego, a korzystnie od trzy- do pięciokrotnego. Dla uzyskania zestalenia może być potrzebne chłodzenie do temperatury niższej niż temperatura zestalania tworzywa sztucznego. Dla ograniczenia orientacji warstwy, w tym i następnych etapach, korzystnie utrzymuje się stosunkowo wysoką temperaturę warstwy. Korzystnie pierwszą war174 565 stwę w postaci rurki nie chłodzi się do mniej niż 25°C, a korzystniej do mniej niż 15°C poniżej temperatury zestalenia przed rozpoczęciem nadwytłaczania. Dostosowanie temperatury może wymagać przeprowadzenia etapu chłodzenia, np. przy wytłaczaniu posobnym, względnie etapu ogrzewania, np. w procesie nadwytłaczania.

Etap nadwytłaczania w drugiej głowicy wytłaczarki nie jest etapem wysoce krytycznym. Tak jak w pierwszym etapie można stosować wyciąganie stopu. Jeśli rurka ma zawierać opisaną już trzecią warstwę, korzystnie współwytłacza się jednocześnie z drugą warstwą, jednak oczywiście jest możliwe nakładanie trzeciej warstwy w oddzielnym etapie nadwytłaczania po wytłoczeniu drugiej warstwy, ewentualnie z etapem chłodzenia lub ogrzewania w międzyczasie. Trzecia warstwa będzie ulegać rozciąganiu wraz z innymi warstwami, przy czym pożądane ograniczenie stopnia orientacji w tej warstwie można uzyskać dowolną z opisanych ogólnych metod. Zazwyczaj w dwuetapowych procesach wytłaczania jest możliwe dobre kontrolowanie temperatury warstw w trakcie procesu produkcji.

Współwytłaczanie pierwszej i drugiej warstwy zasadniczo równocześnie, np. z różnych dysz w tej samej głowicy, to prosta metoda, która również prowadzi do niskiego początkowego stopnia orientacji w pierwszej warstwie w porównaniu z drugą warstwą, ajakakolwiek orientacja wprowadzona w trakcie tego etapu lub po nim wpływa na obie warstwy, a nie tylko na pierwszą warstwę. Korzystnie można stosować opisany uprzednio stosunek wyciągania stopu. Gdy ma być nałożona trzecia warstwa, można to korzystnie zrealizować zasadniczo równocześnie, np. w tej samej głowicy wytłaczarki, w etapie potrójnego wytłaczania, jednak jest także możliwe przeprowadzenie oddzielnego etapu wytłaczania po etapie współwytłaczania, z ewentualnym etapem chłodzenia lub ogrzewania w międzyczasie. I w tym przypadku trzecią warstwę można poddawać orientowaniu .przez rozciąganie z pierwszą i drugą warstwą, a orientację można ograniczać według tych samych ogólnych zasad.

Dalsze warstwy można nanosić także po etapie orientowania przez rozciąganie na zimno. Dotyczy to zwłaszcza warstw, które mają nadać właściwości drugorzędne, ale także warstw nakładanych ze względu na właściwości strukturalne. Trzeciej warstwie nakładanej w ten sposób można np. nadać bardzo niski stopień orientacji.

Operacja orientowania przez rozciąganie

Jak już podano pewien stopień orientacji może być wynikiem rozciągania zachodzącego podczas operacji wytłaczania i po niej. Jest jednak korzystne by orientowanie przez rozciąganie na zimno odbywało się w większości w kontrolowanych warunkach w oddzielnej strefie orientowania przez rozciąganie. Taka strefa może zawierać co najmniej dwie rozciągarki rozciągające rurkę, np. przeciwległe pasy, zamknięte lub koła kabestanowe, przy czym druga rozciągarka ma szybszy napęd niż pierwsza, dzięki czemu wydłużanie rurki zachodzi w sposób kontrolowany.

Rurka musi mieć pewną sztywność by wytrzymać siły działające w rozciągarkach bez odkształcenia się, a zatem podczas przechodzenia przez rozciągarki temperaturajej ścianki musi być znacznie niższa od temperatury mięknienia, np. poniżej 50°C, a nawet poniżej 40°C, w zależności od rodzaju zastosowanego tworzywa sztucznego. Przed wprowadzeniem na pierwszą rozciągarkę, a także na drugą rozciągarkę, może być potrzebny etap chłodzenia, zwłaszcza gdy strefa orientowania przez rozciąganie zawiera strefę ogrzewania, co jest korzystne.

Ogólnie rzecz biorąc dający się orientować w kierunku ciągnienia polimer zachowuje, z grubsza, w warunkach wydłużania swą wytrzymałość na rozciąganie w kierunku osiowym, mimo zmniejszającego się przekroju poprzecznego. Po osiągnięciu maksymalnego stopnia orientacji przy dalszym wydłużaniu istnieje tendencja materiału do przerwania się. Zgodnie z wynalazkiem drugiej warstwie zostanie nadany pośredni stopień orientacji, to jest będzie to orientacja znaczna, lecz dużo niższa od maksymalnej. Stosunek rozciągnięcia stosowany dla uzyskania tego celu zależy od zastosowanego polimeru i użytych warunków orientowania przez rozciąganie. Z grubsza stosunek rozciągnięcia powinien być wyższy niż 1,5, a korzystnie wyższy niż 2, lecz można go także utrzymywać na poziomie poniżej 5, a korzystnie także na poziomie poniżej 4.

Polimery dające się orientować w kierunku ciągnienia mają także tendencję do wydłużania się w dobrze zdefiniowanym i zlokalizowanym punkcie tworzenia się szyjki na ciągniętym

174 565 materiale, co zwykle nie stwarza trudności, zwłaszcza przy dużych wartościach stosunku wydłużenia. Jednakże przy pośrednich wartościach stosunku rozciągnięcia punkt tworzenia się szyjki może ulegać fluktuacjom, zarówno pod względem pozycji, jak i kształtu, i jeśli tak się dzieje, to jest korzystne ustabilizowanie procesu poprzez wygładzenie lub wydłużenie punktu tworzenia się szyjki, np. do ponad 10 cm, a korzystnie do ponad 25 cm stromej części szyjki.

Dla osiągnięcia tego celu, a także dla uzyskania równomiernej orientacji, do strefy orientowania przez rozciąganie korzystnie wprowadza się etap ogrzewania. Dobre wyniki uzyskiwano dzięki podwyższeniu temperatury rurki do wartości leżącej pomiędzy wartością temperatury topnienia w stanie bezpostaciowym i wartością temperatury topnienia w stanie krystalicznym dla polimeru drugiej warstwy lub ogólnie do temperatury o 5 - 25°C niższej od temperatury mięknienia tworzywa sztucznego drugiej warstwy.

Ponadto jest korzystne stosowanie strefy ogrzewania usytuowanej osiowo oraz stosowanie ogrzewania powierzchniowego, np. w piecu lub kąpieli grzejnej.

Odpowiednia i najwygodniejsza jest jednoetapowa operacja orientowania przez rozciąganie, jednak możliwe jest prowadzenie kilku opisanych tu etapów orientowania przez rozciąganie.

Wyżej omówione warunki dobiera się tak, by orientację nadać głównie drugiej warstwie. Mniejszą orientację pierwszej warstwy można uzyskać przez zastosowanie w pierwszej warstwie polimeru o temperaturze topnienia niższej od temperatury topnienia polimeru w drugiej warstwie. Dla otrzymania niższego stopnia orientacji pierwszej warstwy orientowanie przez rozciąganie należy prowadzić w temperaturze wyższej od temperatury mięknienia pierwszej warstwy, lecz niższej od temperatury mięknienia drugiej warstwy, jakkolwiek polepszone rezultaty uzyskano także w temperaturze nieco poniżej temperatury mięknienia pierwszej warstwy. Inne podejście, użyteczne także w przypadku małej różnicy tych wartości temperatury mięknienia, to zachowywanie wyższej temperatury absolutnej w pierwszej warstwie i niższej temperatury absolutnej w drugiej warstwie, np. przez chłodzenie zewnętrznej strony rurki bezpośrednio przed orientowaniem przez rozciąganie. Zastosowanie w pierwszej warstwie polimeru mniej podatnego na orientację w kierunku ciągnienia również sprzyja zmniejszeniu orientacji pierwszej warstwy.

Gdy rurka zawiera trzecią warstwę, jest korzystne by stopień orientacji w tej warstwie był niższy niż w drugiej warstwie. W celu zmniejszenia tego stopnia orientacji można zastosować takie same ogólne metody jak w przypadku pierwszej warstwy. Wyższą temperaturę absolutną w trzeciej warstwie niż temperatura w drugiej warstwie można uzyskać przykładowo przez ogrzewanie zewnętrznej strony rurki bezpośrednio przed orientowaniem przez rozciąganie.

Operacja orientowania przez rozciąganie wywołuje naprężenia w rurce, czyniąc rurkę podatną na relaksację. Orientację cząsteczek wprowadza się specjalnie i nie będzie ona ulegać relaksacji, jakkolwiek może się ona ujawniać w postaci kurczenia przy znacznym wzroście temperatury. W celu uniknięcia kurczenia się w temperaturze otoczenia lub do niej zbliżonej, relaksację naprężeń można z korzyścią przeprowadzić przed zużytkowaniem rurki, korzystnie przez niewielkie podwyższenie temperatury pod niewielkim obciążeniem, co można zrealizować w szeregu luźnych pętli.

Streszczenie rysunków

Figury 1A i 1B przedstawiają schematycznie strukturę warstw i charakter orientacji w rurkach znanych lontów z odpowiednio dwiema lub trzema warstwami.

Figury 2A i 2B przedstawiają schematycznie strukturę warstw i charakter orientacji w korzystnych rurkach lontów według wynalazku z odpowiednio dwiema lub trzema warstwami.

Figura 3 przedstawia schematycznie korzystny ogólny przebieg procesu według wynalazku przy wytwarzaniu rurek dwuwarstwowych i trójwarstwowych. Figura 3A dotyczy operacji wytłaczania, a figura 3B dotyczy operacji orientowania przez rozciąganie.

Figura 4 ilustruje wykres zależności wydłużenia od wytrzymałości na rozciąganie sprężyste oraz wartości potrzebne do obliczeń stopnia orientacji.

Opis rysunków

Figura 1A ilustruje zorientowaną przez rozciąganie dwuwarstwową rurkę znanego typu, w której pierwsza warstwa, wytworzona najpierw, została poddana w drugim etapie, w warunkach rozciągania, nadwytłaczaniu. Strzałki wskazują uzyskany ogólny charakter orientacji,

174 565 przedstawiając znaczną orientację warstwy wewnętrznej i zasadniczo brak orientacji warstwy zewnętrznej. Figura 1B ilustruje znaną rurkę, otrzymaną przez poddanie dwuwarstwowej rurki rodzaju przedstawionego na figurze 1A dalszemu etapowi nadwytłaczania w warunkach wydłużania. Warstwa znajdująca się najgłębiej ma nadal wyższą orientację, warstwa pośrednia ma orientację wyraźnie niższą, a warstwa zewnętrzna nie wykazuje jej zasadniczo wcale.

Figura 2A ilustruje opisaną powyżej dwuwarstwową rurkę według wynalazku. Orientacja jest skoncentrowana w drugiej, zewnętrznej warstwie, podczas gdy pierwsza, wewnętrzna warstwa ma znacznie niższą orientację. Figura 2B ilustruje trójwarstwową rurkę według wynalazku zawierającą warstwy wewnętrzne odpowiadające warstwom pokazanym na figurze 2A oraz trzecią, leżącą najbardziej na zewnątrz warstwę o niższym stopniu orientacji. Należy wziąć pod uwagę, że tę trzecią warstwę można wytworzyć bez dalszego zwiększania orientacji dwu wewnętrznych warstw lub wywierania wpływu na tę orientację, przeciwnie niż w znanych rozwiązaniach. W obu postaciach wynalazku druga warstwa nadaje wytrzymałość w kierunku osiowym, a brak kruchości i odporność na wstrząsy są utrzymywane w pierwszej warstwie. W ten sposób warstwy przyczyniają się optymalnie do nadania rurce lontu pożądanych właściwości, a właściwe polimerom cechy wytrzymałościowe są lepiej wykorzystane niż w znanych produktach.

Figura 3A ilustruje schematycznie proces wytłaczania rurek odpowiednio dwuwarstwowych i trójwarstwowych. Warstwy pierwsza, druga i trzecia są pokazane w pozycjach odpowiednio 1, 2 i 3. W procesie wytwarzania dwu warstw warstwę 1 można wytłoczyć w pierwszej wytłaczarce 4, a drugą warstwę 2 można nanieść w drugiej wytłaczarce 5. Wytłaczarkę 4 można stosować ewentualnie jeśli wytłaczarka 5 współwytłacza zarówno pierwszą warstwę 1, jak i drugą warstwę 2 równocześnie. W procesie wytwarzania trzech warstw warstwy 1,2 i 3 można wytłaczać w trzech różnych wytłaczarkach 6, 7 i 8. Dwie wytłaczarki, 6 i 7, można stosować ewentualnie jeśli wytłaczarka 8 służy do potrójnego wytłaczania, a jedną z nich można wyeliminować, o ile wytłaczarka 8 służy do nadwytłaczania jednej warstwy lub dwu warstw. Wszystkie ewentualne wytłaczarki można wykorzystać w procesie liniowego wytłaczania posobnego lub nadwytłaczania, a pomiędzy operacjami wytłaczania z użyciem wytłaczarek stosuje się zazwyczaj jakieś etapy chłodzenia. W wyniku procesu wytłaczania otrzymuje się dwuwarstwową lub trójwarstwową rurkę 9, którą przesyła się do prowadzonej następnie operacji orientowania przez rozciąganie.

Figura 3B ilustruje korzystną operację orientowania przez rozciąganie, zgodnie z którą rurkę 9 z operacji wytłaczania wyciąga się z wytworzeniem węższej rurki 10. Wciąż jeszcze gorącą rurkę z wytłaczarek chłodzi się w urządzeniu chłodzącym 11 do temperatury na tyle niskiej, by rurka wytrzymała działanie pierwszej rozciągarki 12 typu kabestanu, stanowiącej początek strefy orientowania przez rozciąganie, której końcem jest kabestan 15 o szybszym napędzie niż kabestan 12. Rurkę ogrzewa się ponownie w ogrzewaczu 13, np. typu pieca lub kąpieli grzejnej. Głównej części operacji orientowania rurki przez rozciąganie, zachodzącej pod wpływem różnicy prędkości między kabestanami 12 i 15, poddaje się rurkę zmiękłą w tym ogrzewaczu. Wyciągniętą rurkę 10 o zmniejszonej średnicy wprowadza się do urządzenia chłodzącego 14, w którym temperatura ulega obniżeniu, co najmniej w stopniu wymaganym przy przejściu przez drugi kabestan 15. Naprężenia w rurce 10 można uwolnić w warunkach lepkosprężystego kurczenia w ewentualnym etapie relaksacji 16, w którym rurce pozwala się skręcić w pętle pod niewielkim obciążeniem i w nieco podwyższonej temperaturze.

Wykres z figury 4 i jego zastosowanie w obliczeniach stopnia orientacji opisano w odniesieniu do definicji stopnia orientacji i metody z wykorzystaniem umownej granicy plastyczności w rozdziale Definicje.

Przykład 1

Wytworzono porównawczą dwuwarstwową rurkę, bez orientowania przez rozciąganie na zimno, przy czym pierwsza, wewnętrzna warstwa została wykonana z Surlyn 8940 (zastrzeżony znak towarowy DuPont), a druga, zewnętrzna warstwa została wykonana z liniowego polietylenu małej gęstości (NCPE 8706 z Neste Polyethylene AB). Te dwie warstwy współwytłoczono, przy czym materiał pierwszej warstwy wytłoczono w 200°C, a materiał drugiej warstwy w 210°C w tej samej wytłaczarce, zasilanej z użyciem oddzielnych ślimaków ze w przybliżeniu równą

174 565 prędkością objętościową, wyposażonej we wspólny pierścieniowy ustnik o średnicy zewnętrznej 13,5 mm i średnicy wewnętrznej 6,5 mm.

Wytłoczony stop w stanie stopionym poddawano wyciąganiu do uzyskania średnicy zewnętrznej 2,6 mm i wprowadzano do rury chłodzącej zasilanej wodą chłodzącą o temperaturze około 25°C, w której rurka ochładzała się do około 40°C przed jej nawinięciem na szpule. Wytrzymałość rurki w próbie rozciągania do zerwania wynosiła w temperaturze pokojowej 105 N. Próba fałdowania dała wynik 382/400 (pęknięć/liczbę fałd).

Przykład 2

Dwuwarstwową rurkę wytworzono jak w przykładzie 1 z użyciem tych samych materiałów w pierwszej i drugiej warstwie oraz takich samych prędkości objętościowych w takiej samej wytłaczarce. Jednocześnie do wnętrza rurki wprowadzano materiał reaktywny HMX/Al w stosunku wagowym 92/8 i w ilości około 36 mg/m, wprowadzając go poprzez umieszczony centralnie w wytłaczarce zgłębnik. Wytłoczoną rurkę wyciągano w stanie stopionym do uzyskania średnicy zewnętrznej 3,6 mm i chłodzono tak samo jak w przykładzie 1 do w przybliżeniu takiej samej temperatury. Ochłodzoną rurkę przesyłano do strefy orientowania przez rozciąganie między dwoma kabestanami i początkowo ogrzewano przez około 14 sekund w kąpieli wodnej o temperaturze 74°C, a potem poddawaniu orientowaniu przez rozciąganie na zimno do uzyskania stosunku rozciągnięcia 2:1. Rurkę ponownie chłodzono do około 50°C przed wprowadzeniem jej na drugi kabestan. Tak przygotowaną rurkę zwijano na szpuli. Wytrzymałość rurki w próbie rozciągania do zerwania wynosiła w temperaturze pokojowej 200 N, a próba fałdowania dała wynik 111/400.

W rurkach z przykładów 1 i 2 grubość ścianek była celowo mniejsza od pożądanej dla ukazania wyższego niż normalnie stopnia uszkodzeń w próbie fałdowania, co służy podkreśleniu występujących różnic.

Przykład 3

Wytworzono trój warstwową rurkę złożoną z pierwszej warstwy z Surlyn 8940, drugiej warstwy z LMDPE (NCPE 1935 z Neste Polyethylene AB) i trzeciej warstwy z LLDPE (NCPE 8706), przy czym w gotowej rurce zależność wagowa pomiędzy trzema warstwami wynosiła 35/40/25. Pierwszą i drugą warstwę współwytłoczono w temperaturze odpowiednio 205°C i 220°C w tej samej wytłaczarce, jak to opisano w przykładzie 1. Stop wyciągnięto do uzyskania średnicy zewnętrznej 3,6 mm przed ochłodzeniem w kąpieli wodnej o temperaturze 15°C, w wyniku czego opuszczająca kąpiel rurka miała temperaturę 40°C. Ochłodzoną rurkę wysuszono w suszarce próżniowej i poddano dalszemu suszeniu i ogrzewaniu w etapie realizowanym z użyciem dmuchawy z gorącym powietrzem, w wyniku czego uzyskano temperaturę około 45 - 50°C. Rurkę przesiano w układzie liniowym bezpośrednio do etapu nadwytłaczania, w którym w temperaturze około 210°C naniesiono trzecią warstwę tworzywa sztucznego. Trój warstwową rurkę ochłodzono i poddano orientowaniu przez rozciąganie, tak jak to opisano w poprzednich przykładach, w temperaturze 98°C. Po ochłodzeniu przed drugim kabestanem rurkę poddano relaksacji naprężeń przez około 20 sekund w urządzeniu formującym pętle pod niewielkim obciążeniem, w temperaturze około 100°C, uzyskiwanej przy użyciu promiennika podczerwień i. Rurkę ochłodzono, wysuszono i zwinięto w temperaturze zbliżonej do temperatury pokojowej. Wytrzymałość rurki w próbie rozciągania jak powyżej wynosiła 230 N, a próba fałdowania dała wynik 0/400.

Claims (71)

1. Niskoenergetyczny lont stanowiący rurkę z tworzywa sztucznego z kanałem, w którym to kanale znajduje się materiał reaktywny zdolny po zapaleniu do podtrzymania fal i uderzeniowej wewnątrz kanału, przy czym ta rurka składa się z co najmniej dwu warstw materiałów z tworzyw sztucznych, z tym, że ta pierwsza warstwa z tworzywa sztucznego znajduje się bliżej kanału, a druga warstwa z tworzywa sztucznego znajduje się na zewnątrz pierwszej warstwy i co najmniej ta druga warstwa zawiera w przeważającej ilości polimeryczną żywicę dającą się orientować w kierunku ciągnienia, znamienny tym, że polimer w drugiej warstwie jest zorientowany osiowo i ma stopień orientacji powyżej 20%, a poniżej 90%, a polimer pierwszej warstwy ma stopień orientacji osiowej nie przewyższający stopnia orientacji drugiej warstwy o więcej niż 10%c jednostek stopnia orientacji.

2. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że stopień orientacji pierwszej warstwy jest nie wyższy od stopnia orientacji drugiej warstwy.

3. Lont według zastrz. 2, znamienny tym, że stopień orientacji pierwszej warstwy jest niższy niż stopień orientacji drugiej warstwy.

4. Lont według zastrz. 3, znamienny tym, że stopień orientacji pierwszej warstwy wynosi poniżej 35%.

5. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że stopień orientacji pierwszej warstwy wynosi powyżej 5%.

6. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura topnienia polimeru w pierwszej warstwie jest niższa od temperatury topnienia polimeru w drugiej warstwie.

7. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że polimer pierwszej warstwy ma mniejszą podatność na orientację w kierunku ciągnienia niż polimer drugiej warstwy.

8. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał tworzywa sztucznego pierwszej warstwy zawiera grupy polarne.

9. Lont według zastrz. 8, znamienny tym, że polimer pierwszej warstwy zawierajonomer.

10. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsza warstwa składa się z kilku odrębnych warstw.

11. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsza warstwa jest najbardziej wewnętrzną warstwą rurki.

12. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że stopień orientacji drugiej warstwy wynosi 25 - 90%.

13. Lont według zastrz. 12, znamienny tym, że stopień orientacji drugiej warstwy wynosi 25 - 60%.

14. Lont według zastrz. 13, znamienny tym, że rozmiar drugiej warstwy jest nie mniejszy niż 60% powierzchni przekroju poprzecznego ścianki rurki.

15. Lont według zastrz. 12, znamienny tym, że stopień orientacji drugiej warstwy wynosi 50 - 90%.

16. Lont według zastrz. 15, znamienny tym, że rozmiar drugiej warstwy jest mniejszy niż 60% powierzchni przekroju poprzecznego ścianki rurki.

17. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura topnienia polimeru drugiej warstwy wynosi ponad 120°C.

18. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzywo sztuczne drugiej warstwy zawiera głównie polimer liniowy.

19. Lont według zastrz. 17, znamienny tym, że gęstość polimeru leży w przedziale pomiędzy gęstością standardowego LDPE i gęstością standardowego HDPE.

20. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że druga warstwa zawiera kilka odrębnych warstw.

174 565

21. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że druga warstwa jest warstwą leżącą najbardziej na zewnątrz rurki.

22. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że rurka zawiera trzecią warstwę z tworzywa sztucznego na zewnątrz warstw pierwszej i drugiej.

23. Lont według zastrz. 22, znamienny tym, że stopień orientacji polimeru trzeciej warstwy jest taki sam jak lub niższy niż stopień orientacji drugiej warstwy.

24. Lont według zastrz. 23, znamienny tym, że stopień orientacji drugiej warstwy jest co najmniej dziesięciokrotnie wyższy niż stopień orientacji trzeciej warstwy.

25. Lont według zastrz. 30, znamienny tym, że stopień orientacji trzeciej warstwy wynosi poniżej 35%.

26. Lont według zastrz. 22, znamienny tym, że temperatura topnienia polimeru w trzeciej warstwie jest niższa od temperatury topnienia polimeru w drugiej warstwie.

27. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że polimer trzeciej warstwy jest mniej podatny na orientację w kierunku ciągnienia niż polimer drugiej warstwy.

28. Lont według zastrz. 22, znamienny tym, że polimer trzeciej warstwy jest wybrany z grupy obejmującej EVA, EAA i LLD.

29. Lont według zastrz. 22, znamienny tym, że trzecia warstwa składa się z kilku odrębnych warstw.

30. Lont według zastrz. 22, znamienny tym, że trzecia warstwa jest warstwą leżącą najbardziej na zewnątrz rurki.

31. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że rurka wykazuje ulegające relaksacji pod wpływem zimna kurczenie się osiowe poniżej 3%.

32. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że rurka wykazuje ulegające relaksacji pod wpływem ciepła kurczenie się osiowe powyżej 3%.

33. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że wytrzymałość rurki na rozciąganie wynosi ponad 40 MPa.

34. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że zewnętrzna średnica rurki wynosi 1 -10 mm, a korzystnie 2-5 mm.

35. Lont według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna średnica rurki wynosi 0,5 - 3 mm, a korzystnie 1 - 2 mm.

36. Sposób wytwarzania niskoenergetycznego lontu stanowiącego rurkę z tworzywa sztucznego z kanałem, w którym to kanale znajduje się materiał reaktywny zdolny po zapaleniu do podtrzymania fali uderzeniowej wewnątrz kanału, przy czym ta rurka składa się z co najmniej dwu warstw materiałów z tworzyw sztucznych, z tym, że ta pierwsza warstwa z tworzywa sztucznego znajduje się bliżej kanału, a druga warstwa z tworzywa sztucznego znajduje się na zewnątrz pierwszej warstwy i co najmniej ta druga warstwa zawiera w przeważającej ilości polimeryczną żywicę dającą się orientować w kierunku ciągnienia, znamienny tym, że obejmuje etapy

a) formowania drogą wytłaczania pierwszej warstwy z tworzywa sztucznego, która to pierwsza warstwa ma postać rurki,

b) wprowadzania materiału reaktywnego do kanału rurki,

c) ograniczania orientowania pierwszej warstwy przez rozciąganie dla uzyskania niskiego stopnia orientacji, nie przewyższającego 10%,

d) formowania drogą wytłaczania drugiej warstwy z tworzywa sztucznego wokół pierwszej rurki, przy czym ta pierwsza warstwa ma wyżej podany niski stopień orientacji i

e) orientowania przez rozciąganie na zimno pierwszej warstwy i drugiej warstwy razem, przy czym orientuje się osiowo polimer drugiej warstwy do stopnia orientacji powyżej 20%, a poniżej 90% i orientuje się osiowo polimer pierwszej warstwy do stopnia orientacji nie przewyższającego stopnia orientacji polimeru drugiej warstwy o więcej niż 10% jednostek stopnia orientacji.

37. Sposób według zastrz. 36, znamienny tym, że stosunek rozciągnięcia w etapie orientowania przez rozciąganie na zimno odpowiada od jednokrotnej do pięciokrotnej długości początkowej.

174 565

38. Sposób według zastrz. 37, znamienny tym, że ten stosunek rozciągnięcia wynosi od 2 do 4 razy.

39. Sposób według zastrz. 36, znamienny tym, że orientowanie przez rozciąganie prowadzi się w strefie orientowania przez rozciąganie pomiędzy ruchomymi rozciągarkami rurki, przy czym te rozciągarki mają napęd o różnej prędkości.

40. Sposób według zastrz. 39, znamienny tym, że rozciąganie prowadzi się przy temperaturze rurki na rozciągarkach znacznie niższej od temperatury mięknienia tworzyw sztucznych w pierwszej i drugiej warstwie i korzystnie wynosi poniżej 50°C.

41. Sposób według zastrz. 39, znamienny tym, że w strefie orientowania przez rozciąganie prowadzi się etap ogrzewania.

42. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że rurkę ogrzewa się do temperatury, przy której długość obszaru przewężenia wynosi powyżej 10 cm.

43. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że rurkę ogrzewa się do temperatury, której wartość leży w przedziale pomiędzy wartością temperatury topnienia polimeru drugiej warstwy w stanie bezpostaciowym, a wartością temperatury topnienia polimeru drugiej warstwy w stanie krystalicznym.

44. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że rurkę ogrzewa się do temperatury od 5°C do 25°C niższej od temperatury mięknienia tworzywa sztucznego drugiej warstwy.

45. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że ogrzewanie prowadzi się w strefie usytuowanej osiowo.

46. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że stosuje się ogrzewanie powierzchniowe, zwłaszcza w piecu lub kąpieli grzejnej.

47. Sposób według zastrz. 36, znamienny tym, że operacja orientowania przez rozciąganie obejmuje kilka etapów orientowania przez rozciąganie.

48. Sposób według zastrz. 36, znamienny tym, że orientację polimeru podczas orientowania przez rozciąganie na zimno koncentruje się do drugiej warstwy.

49. Sposób według zastrz. 48, znamienny tym, że dobiera się polimer drugiej warstwy o temperaturze topnienia wyższej od temperatury topnienia polimeru pierwszej warstwy.

50. Sposób według zastrz. 48, znamienny tym, że orientowanie przez rozciąganie prowadzi się przy średniej temperaturze drugiej warstwy niższej od średniej temperatury pierwszej warstwy.

51. Sposób według zastrz. 48, znamienny tym, że dobiera się polimer drugiej warstwy o większej podatności na orientację w kierunku ciągnienia niż polimer pierwszej warstwy.

52. Sposób według zastrz. 36, znamienny tym, że po orientowaniu przez rozciąganie na zimno rurkę poddaje się relaksacji naprężeń pod niskim obciążeniem lub bez obciążenia. ,

53. Sposób według zastrz. 52, znamienny tym, że relaksację prowadzi się w podwyższonej temperaturze.

54. Sposób według zastrz. 36, znamienny tym, że wokół drugiej warstwy wytwarza się trzecią warstwę z tworzywa sztucznego.

55. Sposób według zastrz. 54, znamienny tym, że trzecią warstwę nanosi się na drugą warstwę przed etapem orientowania przez rozciąganie na zimno.

56. Sposób według zastrz. 54, znamienny tym, że trzecią warstwę nanosi się na drugą warstwę po etapie orientowania przez rozciąganie na zimno.

57. Sposób według zastrz. 36, znamienny tym, że po wytworzeniu w etapie a) pierwszej warstwy w postaci rurki, rurkę chłodzi się do temperatury poniżej jej temperatury zestalenia przed wytworzeniem w etapie d) drugiej warstwy wokół pierwszej rurki drogą nadwytłaczania lub wytłaczania posobnego.

58. Sposób według zastrz. 57, znamienny tym, że pierwszą warstwę orientuje się przez rozciąganie w mniej niż 10% przed nadwytłaczaniem lub w trakcie nadwytłaczania.

59. Sposób według zastrz. 57, znamienny tym, że pierwszą warstwę chłodzi się do średniej temperatury nie niższej niż 25°C poniżej jej temperatury zestalenia.

60. Sposób według zastrz. 57, znamienny tym, że po ochłodzeniu pierwszej warstwy ogrzewa się ją ponownie przed naniesieniem drugiej warstwy w etapie d).

174 565

61. Sposób według zastrz. 57, znamienny tym, że trzecią warstwę wytwarza się poprzez jej wytłoczanie wokół drugiej warstwy.

62. Sposób według zastrz. 61, znamienny tym, że trzecią warstwę wytwarza się zasadniczo równocześnie z drugą warstwą.

63. Sposób według zastrz. 61, znamienny tym, że drugą warstwę chłodzi się przed naniesieniem wokół niej trzeciej warstwy w oddzielnym etapie.

64. Sposób według zastrz. 63, znamienny tym, że orientowanie przez rozciąganie na zimno prowadzi się przed wytworzeniem trzeciej warstwy.

65. Sposób według zastrz. 63, znamienny tym, że orientowanie przez rozciąganie na zimno prowadzi się po wytworzeniu trzeciej warstwy.

66. Sposób według zastrz. 36, znamienny tym, że pierwszą warstwę wytwarza się w etapie a) zasadniczo równocześnie z wytworzeniem drugiej warstwy w etapie b).

67. Sposób według zastrz. 66, znamienny tym, że trzecią warstwę wytwarza się przez jej wytłoczenie wokół drugiej warstwy.

68. Sposób według zastrz. 67, znamienny tym, że trzecią warstwę wytwarza się zasadniczo równocześnie z wytworzeniem pierwszej i drugiej warstwy.

69. Sposób według zastrz. 67, znamienny tym, że drugą warstwę chłodzi się przed wytworzeniem wokół niej trzeciej warstwy w oddzielnym etapie.

70. Sposób według zastrz. 69, znamienny tym, że orientowanie przez rozciąganie na zimno prowadzi się przed wytworzeniem trzeciej warstwy.

71. Sposób według zastrz. 69, znamienny tym, że orientowanie przez rozciąganie na zimno prowadzi się po wytworzeniu trzeciej warstwy.