PL218151B1 - Folia bąbelkowa i sposób wytwarzania folii bąbelkowej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest folia bąbelkowa i sposób wytwarzania folii bąbelkowej, mająca zastosowanie do budowy statodyn, czyli statków latających lżejszych od powietrza oraz do opakowywania dowolnych przedmiotów w celu ich ochrony przed uszkodzeniami mechanicznymi i zmniejszenia ich ciężaru, a także do zabezpieczenia obiektów latających przed wykryciem za pomocą radarów oraz do zmiany kierunku propagacji fal elektromagnetycznych w atmosferze ziemskiej.

Znane ze stanu techniki folie bąbelkowe, nazywane czasem też foliami pęcherzykowymi, składają się z dwóch, połączonych ze sobą warstw cienkiej folii polietylenowej, z których jedna jest gładka, a druga ma wytłoczone zagłębienia w kształcie walców lub walców zakończonych czaszą kulistą, rozmieszczonych w równych odległościach od siebie. Średnice tych zagłębień wynoszą od 6 mm do 25 mm, a wysokości od 4 mm do 7 mm. W każdym z tych zagłębień znajduje się powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym.

Sposób wytwarzania znanych folii bąbelkowych polega na tym, że najpierw otrzymuje się dwie warstwy cienkiej folii polietylenowej przez ogrzanie powyżej temperatury topnienia granulatu polietylenowego, umieszczonego w cylindrze zaopatrzonym w tłok. Po tym odbywa się wytłaczanie wstęg folii przez dwie równoległe, szczelinowe dysze połączone z cylindrem. Następnie w jednej warstwie folii wytłaczane są zagłębienia w kształcie regularnie rozmieszczonych walców. Wykonywane jest to podczas przesuwania ogrzanej warstwy folii po powierzchni obracającego się bębna zaopatrzonego w regularnie rozmieszczone otwory, z którego odsysane jest powietrze. Powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym, znajdujące się na zewnątrz bębna powoduje wgniecenie fragmentów warstwy folii do jego wnętrza i wytłoczenie zagłębień. Po tym obie warstwy folii przesuwane są jedna nad drugą i łączone ze sobą przez zgrzewanie. Zgrzewa się tylko te części powierzchni, które znajdują się między wytłoczonymi zagłębieniami. Podczas zgrzewania obie warstwy folii znajdują się w powietrzu atmosferycznym. W ten sposób zagłębienia zostają zamknięte i pozostaje w nich powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym.

Znane są również koperty wykonane z folii bąbelkowej, której płaska strona połączona jest na całej powierzchni z papierem zwróconym na zewnątrz, a wgłębienia, zawierające powietrze znajdują się po stronie wewnętrznej. Koperty takie sprzedawane są w Urzędach i Agencjach Pocztowych oraz w sklepach z artykułami papierniczymi. Sposób wytwarzania tych kopert polega na tym, że otrzymaną wcześniej opisanym sposobem folię bąbelkową łączy się z papierem przez zgrzewanie gładkiej warstwy folii na całej powierzchni. Znane są też torebki z folii bąbelkowej wytwarzane w ten sam sposób, co koperty.

Opisane folie bąbelkowe i sposób ich wytwarzania znane są m.in. z pracy Kenneth'a Marash'a i Alana Brody'ego „Encyklopedia of Packing Technology, wydanej przez wydawnictwo John Wiley & Sons w Nowym Jorku w 1997 r., książki Jerzego Sęka pt. „Tworzywa sztuczne i metody ich przetwórstwa, wydanej przez Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska Politechniki Łódzkiej w Łodzi w 2009 r., poradnika, którego autorami są Karl Heine Lautenschlager, Andrea Wainninger i Werner Schroter, zatytułowanego „Taschenbuch der Chemie i wydanego przez wydawnictwo Wissenschafticher Yerlag Harri Deutsch GmbH we Frankfurcie nad Menem w 2005 r. oraz z książki Michała Irzyka, Jerzego Pogorzelskiego i Edwarda Kulińskiego pt. „Tworzywa sztuczne w budownictwie, wydanej przez wydawnictwo Arkady w Warszawie w 1968 r.

Z książki pt. „Podstawy przetwórstwa tworzyw sztucznych, której autorami są: Jerzy Kapko, Tadeusz Czekaj, Paweł Huczkowski i Jerzy Polaczek, wydanej przez Politechnikę Krakowską w 1994 r. w Krakowie, znane są też specjalne antyelektrostatyczne folie bąbelkowe, przeznaczone do pakowania wyrobów elektronicznych, wrażliwych na wyładowania elektryczne, układów scalonych i pamięci półprzewodnikowych. Folie te są wytwarzane w taki sam sposób, jak poprzednio opisane, z tą różnicą, że do polietylenu w fazie topienia dodaje się substancje zwiększające przewodność elektryczną, np. sadzę. Z tej samej książki znane są również samoprzylepne folie bąbelkowe, wytwarzane w ten sam sposób co folie do kopert i torebek bąbelkowych z tą różnicą, że zgrzewa się ich gładką stronę na całej powierzchni z papierem samoprzylepnym.

Zastosowanie znanej folii bąbelkowej polega na tym, że owija się nią chroniony przedmiot. W przypadku uderzenia tego przedmiotu, energia uderzenia jest zamieniana na pracę sprężania powietrza zawartego w zagłębieniach i przez to nie powoduje uszkodzenia chronionego przedmiotu.

Z opisu polskiego zgłoszenia patentowego o numerze PL 393829 (A1) znany jest również warstwowy materiał izolujący termicznie. Materiał ten stanowi folia bąbelkowa, składająca się z co najPL 218 151 B1 mniej dwóch warstw folii polietylenowej. Co najmniej jedna warstwa folii ma zamknięte zagłębienia wypełnione gazem oraz zawiera co najmniej jedną warstwę, dotykającą strony folii z bąbelkami. Warstwa ta pokryta jest metalem, na przykład aluminium. Materiał ten stosuje się do izolacji termicznej budynków i innych obiektów przez przymocowanie go do ich powierzchni.

Ponadto ze skrótu japońskiego opisu patentowego o numerze JP 8025475 (A1) znana folia wytwarzana z żywic termoplastycznych, na przykład polietylenu, polistyrenu, poli(chlorku winylu) i sposób wytwarzania tej folii. Podczas tego wytwarzania do napełniana folii używa się gazów o gęstości mniejszej, niż gęstość powietrza, pod ciśnieniem atmosferycznym, na przykład takich jak: wodór, hel, azot lub metan.

Folia bąbelkowa zawierająca dwie połączone ze sobą warstwy folii polietylenowej, jednej gładkiej, a drugiej z sześciennymi zagłębieniami, wypełnionymi gazem o gęstości mniejszej, niż gęstość powietrza w warunkach normalnych, według wynalazku posiada pokrycie wewnętrznych powierzchni sześciennych zagłębień w postaci warstwy wzmacniającej, wykonanej z grafenu.

Sposób wytwarzania folii bąbelkowej według wynalazku charakteryzuje się tym, że warstwę folii polietylenowej wykonanej z polietylenu LD układa się na górnej powierzchni stalowej płyty pokrytej warstwą teflonu i stanowiącej matrycę, zamykającą od góry szczelną, prostopadłościenną skrzynię. Matryca ma sześcienne zagłębienia rozmieszczone regularnie na całej jej powierzchni. W dnie każdego zagłębienia jest otwór o niewielkiej średnicy. Następnie ze skrzyni oraz z zagłębień pokrytych folią odsysa się powietrze przez otwory, a na folię nadmuchiwany jest prostopadle do jej powierzchni strumień gorącego powietrza o temperaturze 180°C pod ciśnieniem atmosferycznym przez 15 s. Następnie do skrzyni wpuszcza się powietrze, tak długo aż ciśnienie podniesie się do ciśnienia atmosferycznego i nakłada na powierzchnię folii kratownicę z płyty teflonowej, mającej kwadratowe otwory, rozmieszczone regularnie na całej jej powierzchni tak samo jak zagłębienia, przy czym po nałożeniu otwory kratownicy znajdują się one dokładnie nad zagłębieniami. W kolejnym etapie skrzynię wraz z folią i płytą umieszcza się poziomo w komorze próżniowej, w której umieszcza się obok taką samą warstwę folii polietylenowej, jak warstwa użyta do wytworzenia zagłębień, przy czym warstwa ta jest ułożona poziomo na płycie stalowej, pokrytej warstwą teflonu i nakłada na tę warstwę folii taką samą kratownicę teflonową, jak na warstwę folii z zagłębieniami. W górnej części komory próżniowej umieszcza się tygiel z grafenem i zainstalowaną nad nim wyrzutnią elektronów. Następnie ciśnienie -5 w komorze obniża się do 5,33x10^-5hPa oraz podnosi temperaturę do 150°C, a do obu warstw folii polietylenowej przykłada napięcie +15 kV, modulowane do głębokości 20% z częstotliwością 5 kHz i włącza wyrzutnię elektronową. W wyniku bombardowania grafenu wiązką elektronów, następuje rozpylenie tych materiałów i jonizacja oraz osadzanie ich zjonizowanych atomów na nieosłoniętych powierzchniach obu warstw folii polietylenowej w czasie 5 do 30 s, przy natężeniu prądu z wyrzutni elektronów 150 mA.

W kolejnym etapie temperaturę w komorze doprowadza się do wartości pokojowych i wyjmuje obie warstwy folii polietylenowej, po czym warstwy te wprowadza się przez śluzę do szczelnej komory, zawierającej hel w warunkach normalnych. Na poziomym dnie tej komory układa się rozwiniętą warstwę folii polietylenowej bez zagłębień, zwróconą stroną z osadzonym grafenem ku górze, po czym na tę warstwę nakłada się warstwę folii polietylenowej z zagłębieniami, zwróconymi otwartą stroną ku dołowi i koryguje jej położenie tak, żeby zagłębienia dokładnie pokryły miejsca z osadzonym grafenem. Następnie obie folie zgrzewa się ze sobą w temperaturze 200°C przez 2,5 s wzdłuż wszystkich linii między zagłębieniami i na zewnątrz tych zagłębień, za pomocą linowego grzejnika pokrytego teflonem, po czym usuwa się ją przez śluzę z komory wypełnionej helem.

Głównymi zaletami folii bąbelkowej według wynalazku są zdolność do samodzielnego unoszenia się folii w powietrzu i zmniejszanie ciężaru przedmiotu, który zostanie nią owinięty oraz podwyższona wytrzymałość na rozerwanie i uchodzenie gazu z zagłębień, dzięki ich pokryciu grafenem. Zaletą folii jest też to, że może być ona łatwo składana i cięta na fragmenty o różnym kształcie i rozmiarach, które potem mogą być nakładane na siebie lub łączone ze sobą, co powala na formowanie z tej folii brył o różnym kształcie i rozmiarach. Samodzielne unoszenie się folii w powietrzu pozwala na wykorzystanie odpowiednio dużych arkuszy lub brył, ukształtowanych z tej folii w opisany sposób, do budowy statodyn, czyli statków latających, lżejszych od powietrza i zdolnych do przenoszenia osób lub ładunków. Zaletą takich statodyn, w porównaniu z dotychczas stosowanymi jest ich większa odporność na utratę zdolności unoszenia, ponieważ po ich przedziurawieniu, np. w skutek przestrzelenia, lżejszy od powietrza gaz uchodzi tylko z niewielkiej liczby bąbelków, znajdujących się wzdłuż toru pocisku, a nie z komory o dużej objętości, jak to ma miejsce w znanych statodynach. Dodatkową zaletą statodyn wyko4

PL 218 151 B1 nanych z takiej folii jest to, że odbijając fale elektromagnetyczne nadają się one też do zmiany kierunku rozchodzenia się tych fal, jako ruchome reflektory. W szczególności, niewielkie arkusze folii bąbelkowej według wynalazku, unoszące się samoczynnie w powietrzu nadają się do zmiany kierunku mikrofal wysyłanych przez radary i ochrony innych obiektów latających przed ich wykryciem metodą radiolokacji.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1, przedstawia przekrój poprzeczny fragmentu folii bąbelkowej, a fig. 2 - widok tego fragmentu od strony warstwy z wgłębieniami.

Folia bąbelkowa według wynalazku składa się z dwóch warstw folii polietylenowej 1, 2, z których jedna warstwa 2 jest gładka a druga 1 ma zamknięte, sześcienne zagłębienia o odpowiednio długim boku, zapewniającym wytworzenie siły nośnej, a wewnętrzne powierzchnie zgłębień zostały pokryte grafenem 3, 4 ponadto zagłębienia wypełnione helem 5 o gęstości w warunkach normalnych mniejszej, niż gęstość powietrza w tych warunkach, korzystnie helem i obie warstwy folii polietylenowej zostały zgrzane ze sobą. na całej powierzchni między zagłębieniami oraz na zewnątrz tych zagłębień.

Sposób wytwarzania folii bąbelkowej według wynalazku polega na tym, że warstwę folii poliety₃ lenowej o grubości 0,01 mm, wykonanej z polietylenu LD o gęstości 920 kg/m³, układa się na górnej powierzchni stalowej płyty pokrytej warstwą teflonu i stanowiącej matrycę, zamykającą od góry szczelną, prostopadłościenną skrzynię. Matryca ma sześcienne zagłębienia o boku 6 cm rozmieszczone regularnie na całej jej powierzchni, przy czym odległości pionowych ścianek między sąsiednimi zagłębieniami wynoszą 3 mm i w dnie każdego zagłębienia jest otwór o średnicy 0,2 mm. Ze skrzyni oraz z zagłębień pokrytych folią odsysa się powietrze przez otwory, a na folię nadmuchiwany jest prostopadle do jej powierzchni strumień gorącego powietrza o temperaturze 180°C pod ciśnieniem atmosferycznym przez 15 s. Powoduje ogrzanie folii powyżej temperatury plastycznego płynięcia i ukształtowanie w niej trwałych zagłębień.

Następnie do skrzyni wpuszcza się powietrze, tak długo aż ciśnienie podniesie się do ciśnienia atmosferycznego i nakłada na powierzchnię folii kratownicę z płyty teflonowej, mającej kwadratowe otwory o boku 6 cm, rozmieszczone regularnie na całej jej powierzchni tak samo jak zagłębienia, przy czym po nałożeniu otwory kratownicy znajdują się dokładnie nad zagłębieniami. Skrzynię wraz z folią i płytą umieszcza się poziomo w komorze próżniowej. W tej samej komorze umieszcza się obok taką samą warstwę folii polietylenowej, jak warstwa użyta do wytworzenia zagłębień. Warstwa ta jest ułożona poziomo na płycie stalowej, pokrytej warstwą teflonu i nakłada na tę warstwę folii taką samą kratownicę teflonową, jak na warstwę folii z zagłębieniami.

Ponadto, w górnej części komory próżniowej umieszcza się tygiel z grafenem i zainstalowaną -5 -5 nad nim wyrzutnią elektronów. Ciśnienie w komorze obniża się do 5,33x10^- hPa/(4-10^- mmHg) oraz podnosi temperaturę do 150°C. Do obu warstw folii polietylenowej przykłada napięcie +15 kV, modulowane do głębokości 20% z częstotliwością 5 kHz i włącza wyrzutnię elektronową. W wyniku bombardowania grafenu wiązką elektronów, następuje rozpylenie tych materiałów i jonizacja oraz osadzanie ich zjonizowanych atomów na nieosłoniętych powierzchniach obu warstw folii polietylenowej. Opisane osadzanie metodą PVD (Physical Vapor Deposition) prowadzi się w 5 s na jedno zagłębienie warstwy folii o boku 6 cm przy natężeniu prądu z wyrzutni elektronów 150 mA. W wyniku tego dochodzi do pokrycia nieosłoniętych warstw folii przylegającymi do siebie wzdłuż krawędzi płatkami grafenu o grubości nie przekraczającej 0,2 gm.

Po zakończeniu procesu osadzania ciśnienie oraz temperaturę w komorze doprowadza się do wartości normalnych i wyjmuje obie warstwy folii polietylenowej. Następnie warstwy te wprowadza się przez śluzę do szczelnej komory, zawierającej hel w warunkach normalnych. Na poziomym dnie tej komory układa się rozwiniętą warstwę folii polietylenowej bez zagłębień, zwróconą stroną z osadzonym grafenem ku górze. Na tę warstwę nakłada się warstwę folii polietylenowej z zagłębieniami, zwróconymi otwartą stroną ku dołowi i koryguje jej położenie tak, żeby zagłębienia dokładnie pokryły miejsca z osadzonym grafenem. Po tym obie folie zgrzewa się ze sobą w temperaturze 200°C przez 2,5 s wzdłuż wszystkich linii między zagłębieniami i na zewnątrz tych zagłębień, za pomocą linowego grzejnika o szerokości 3 mm pokrytego teflonem. Na zakończenie procesu wytwarzania folii bąbelkowej usuwa się ją przez śluzę z komory wypełnionej helem.

₃

Otrzymana tym sposobem wytwarzania folia bąbelkowa wykazuje siłę nośną 0,95 N/m³ w powietrzu w warunkach normalnych.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Folia bąbelkowa, zawierająca dwie połączone ze sobą warstwy folii polietylenowej (1), (2), jednej gładkiej (2), a drugiej (1) z sześciennymi zagłębieniami, wypełnionymi gazem (5) o gęstości mniejszej, niż gęstość powietrza w warunkach normalnych, znamienna tym, że ma pokrycie wewnętrznych powierzchni sześciennych zagłębień w postaci warstwy wzmacniającej (3), (4), wykonanej z grafenu.
2. 2. Sposób wytwarzania folii bąbelkowej, znamienny tym, że warstwę folii polietylenowej wykonanej z polietylenu LD układa się na górnej powierzchni stalowej płyty pokrytej warstwą teflonu i stanowiącej matrycę, zamykającą od góry szczelną, prostopadłościenną skrzynię, przy czym matryca ma sześcienne zagłębienia rozmieszczone regularnie na całej jej powierzchni i w dnie każdego zagłębienia jest otwór o niewielkiej średnicy, następnie ze skrzyni oraz z zagłębień pokrytych folią odsysa się powietrze przez otwory, a na folię nadmuchiwany jest prostopadle do jej powierzchni strumień gorącego powietrza o temperaturze 180 °C pod ciśnieniem atmosferycznym przez 15 s, po czym do skrzyni wpuszcza się powietrze, tak długo aż ciśnienie podniesie się do ciśnienia atmosferycznego i nakłada na powierzchnię folii kratownicę z płyty teflonowej, mającej kwadratowe otwory, rozmieszczone regularnie na całej jej powierzchni tak samo jak zagłębienia, przy czym po nałożeniu otwory kratownicy znajdują się dokładnie nad zagłębieniami, po czym skrzynię wraz z folią i płytą umieszcza się poziomo w komorze próżniowej, w której umieszcza się obok taką samą warstwę folii polietylenowej, jak warstwa użyta do wytworzenia zagłębień, przy czym warstwa ta jest ułożona poziomo na płycie stalowej, pokrytej warstwą teflonu i nakłada na tę warstwę folii taką samą kratownicę teflonową, jak na warstwę folii z zagłębieniami, a ponadto w górnej części komory próżniowej umieszcza się tygiel z grafenem i zainstalowaną nad nim wyrzutnią elektronów, następnie zaś ciśnienie w komorze obniża się do 5,33x10 hPa oraz podnosi temperaturę do 150°C, a do obu warstw folii polietylenowej przykłada napięcie +15 kV, modulowane do głębokości 20% z częstotliwością 5 kHz i włącza wyrzutnię elektronową, po czym w wyniku bombardowania grafenu wiązką elektronów, następuje rozpylenie tego materiału i jonizacja oraz osadzanie jego zjonizowanych atomów na nieosłoniętych powierzchniach obu warstw folii polietylenowej w czasie 5 do 30 s, przy natężeniu prądu z wyrzutni elektronów 150 mA, a następnie temperaturę w komorze doprowadza się do wartości pokojowych i wyjmuje obie warstwy folii polietylenowej, po czym warstwy te wprowadza się przez śluzę do szczelnej komory, zawierającej hel w warunkach normalnych i na poziomym dnie tej komory układa się rozwiniętą warstwę folii polietylenowej bez zagłębień, zwróconą stroną z osadzonym grafenem ku górze, po czym na tę warstwę nakłada się warstwę folii polietylenowej z zagłębieniami, zwróconymi otwartą stroną ku dołowi i koryguje jej położenie tak, żeby zagłębienia dokładnie pokryły miejsca z osadzonym grafenem, następnie zaś obie folie zgrzewa się ze sobą w temperaturze 200°C przez 2,5 s wzdłuż wszystkich linii między zagłębieniami i na zewnątrz tych zagłębień, za pomocą linowego grzejnika pokrytego teflonem, po czym usuwa się ją przez śluzę z komory wypełnionej helem.