PL219977B1

PL219977B1 - Method for producing a porous tube

Info

Publication number: PL219977B1
Application number: PL402485A
Authority: PL
Inventors: Aneta Tor-Świątek
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2015-08-31
Also published as: PL402485A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania rury porowatej wzmocnionej nanocząstkami żelaza i miedzi, otrzymywanej w procesie wytłaczania porującego.The subject of the invention is a method of producing a porous pipe reinforced with iron and copper nanoparticles, obtained in the process of porous extrusion.

Wytwarzanie elementów z tworzyw porowatych odbywa się w procesach przetwórstwa poprzez dodanie do tworzywa wejściowego środka porującego (poroforu) o określonej charakterystyce rozkładu. Rozkład środka porującego, a tym samym powstawanie struktury porowatej ma miejsce w odpowiednich warunkach procesu, uwzględniających rodzaj tworzywa i poroforu. Przeprowadzenie procesu porowania wiąże się również z zastosowaniem konkretnej metody przetwórstwa, co opisano w książce M. Bielińskiego pod tytułem „Techniki porowania tworzyw termoplastycznych” wydanej przez Wydawnictwa Uczelniane Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy s. 36-52. Proces wytwarzania rur z litych tworzyw termoplastycznych odbywa się za pomocą wytłaczania klasycznego przy użyciu głowicy wytłaczarskiej, nadającej ostateczny kształt. Modyfikując tworzywo termoplastyczne środkiem porującym konieczne staje się zastąpienie tego procesu wytłaczaniem porującym, przy uwzględnieniu zmiany parametrów procesu przetwórstwa oraz dostosowanie poszczególnych elementów linii technologicznej. Dodawany w procesie porofor może być w postaci gazu, cieczy lub ciała stałego i jest zwykle dodawany do tworzywa w trakcie procesu przetwórstwa.The production of elements from porous materials takes place in the processing processes by adding a blowing agent (blowing agent) with specific decomposition characteristics to the input material. The decomposition of the blowing agent, and thus the formation of a porous structure, takes place under appropriate process conditions, taking into account the type of material and blowing agent. Carrying out the portering process is also associated with the use of a specific processing method, which is described in the book by M. Bieliński under the title "Techniques of porosity of thermoplastics" published by the University Publishing House of the University of Technology and Agriculture in Bydgoszcz, pp. 36-52. The process of producing pipes from solid thermoplastics is carried out by classical extrusion with the use of an extrusion head, giving the final shape. When modifying the thermoplastic with a blowing agent, it becomes necessary to replace this process with blowing extrusion, taking into account the changes in the processing process parameters and the adaptation of individual elements of the technological line. The blowing agent added in the process can be in the form of a gas, liquid or solid and is usually added to the material during the processing process.

Znany jest, z opisu patentowego polskiego nr 174 773 sposób wytwarzania struktury z termoplastycznej pianki z tworzywa sztucznego, zawierającej, co najmniej 10% otwartych komórek. Komórki mają postać wielościanu i przylegają do siebie, przy czym żebra komórek są w całości zgodne post a ciowo. Komórki umieszczone są w matrycy przestrzennej. Zgodnie z opisem, struktura termoplastycznej pianki z komórkami otwartymi o jednakowym kształcie. W rozwiązaniu tym zastosowano wyłącznie środek porujący bez dodatku wzmocnienia. Brak jest również informacji o charakterystyce rozkładu użytego środka. Porowata struktura powstaje w matrycy, co wskazuje na zastosowanie metody przetwórstwa chemiczno-fizycznego.There is known, from Polish patent no. 174 773, a method for producing a structure from a thermoplastic plastic foam containing at least 10% of open cells. The cells are in the form of a polyhedron and are adjacent to each other, with the ribs of the cells being fully post-formed. Cells are placed in a spatial matrix. As described, a thermoplastic foam structure with open cells of the same shape. This solution uses only the blowing agent without the addition of a reinforcement. There is also no information about the distribution characteristics of the agent used. A porous structure is formed in the matrix, indicating the use of a chemical-physical processing method.

W opisie patentowym polskim nr 194 169 zaprezentowano sposób wytwarzania wielowarstwowej rury kompozytowej, zawierającej przewód wewnętrzny, pierwszą warstwę kleju, metalową warstwę pośrednią, drugą warstwę kleju oraz zewnętrzną warstwę z tworzywa termoplastycznego. W rozwiązaniu tym zastosowano sztywne tworzywo termoplastyczne, zaś warstwa metalu ma postać taśmy. W prezentowanym opisie, żadna z warstw nie jest porowata, zaś rura wytwarzana jest dwiema metodami, poprzez łączenie klejem rozpuszczalnikowym lub zgrzewana termicznie.Polish Patent No. 194,169 presents a method of producing a multilayer composite pipe comprising an inner conductor, a first adhesive layer, a metal intermediate layer, a second adhesive layer and an outer thermoplastic layer. This solution uses a rigid thermoplastic and the metal layer is in the form of a strip. In the present description, none of the layers is porous, and the pipe is manufactured by two methods, by joining with a solvent adhesive or thermally welded.

Znany jest, z opisu patentowego polskiego nr 205 840 sposób wytwarzania wielowarstwowej rury kompozytowej z tworzywa sztucznego. W prezentowanym rozwiązaniu rura wytwarzana jest z taśm z tworzywa sztucznego, łączonych za pomocą lutowania z wykorzystaniem promieniowania laserowego w podczerwieni.There is known from the Polish patent description No. 205 840 a method of producing a multilayer composite pipe made of plastic. In the presented solution, the pipe is made of plastic strips connected by soldering with the use of infrared laser radiation.

Poszczególne taśmy zawierają warstwę przezroczystą dla ukierunkowania promieniowania oraz warstwę absorbującą promieniowanie. Zgodnie z opisem, żadna z warstw taśm z tworzywa sztucznego nie zawiera środka porującego oraz nanocząstek metalu, brak jest również informacji o rodzaju zastosowanego tworzywa.The individual tapes include a transparent layer to direct the radiation and a radiation-absorbing layer. According to the description, none of the layers of the plastic strips contain a blowing agent and metal nanoparticles, and there is no information about the type of material used.

Znane są sposoby wytłaczania porującego kształtowników opisane w książce R. Sikory pod tytułem „Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych” wydanej przez Wydawnictwo Edukacyjne Żak w Warszawie w 1993 r., strony 164-166, jednak podstawową cechą charakterystyczną cytowanej publikacji jest opis procesu wytłaczania porującego tworzyw zawierających jedynie środek porujący. W książce J. Śleziony zatytułowanej „Podstawy technologii kompozytów” wydanej przez Wydawnictwo Politechniki Śląskiej w Gliwicach w 1998 r., strony 93-95, opisano metody wytwarzania kompozytów o osnowie polimerowej, zawierające wzmocnienie w postaci materiałów metalowych. W wymienionej książce prezentowane są jedynie metody wtryskiwania i wytłaczania klasycznego, nie ma informacji o możliwości wytwarzania kształtowników porowatych z warstwą wierzchnią wewnętrzną i zewnętrzną wzmacnianą nanocząstkami metali w procesie wytłaczania porującego.There are known methods of extrusion of porous sections described in the book by R. Sikora under the title "Processing of macromolecular materials" published by Wydawnictwo Edukacyjne Żak in Warsaw in 1993, pages 164-166, but the main characteristic of the quoted publication is a description of the process of extrusion of porous plastics containing only blowing agent. The book by J. Śleziona entitled "Fundamentals of Composite Technology" published by the Silesian University of Technology Publishing House in Gliwice in 1998, pages 93-95, describes the methods of producing polymer matrix composites with reinforcement in the form of metal materials. In the mentioned book, only the methods of injection and classical extrusion are presented, there is no information about the possibility of producing porous profiles with an internal and external surface layer reinforced with metal nanoparticles in the process of porous extrusion.

Istotą sposobu wytwarzania rury porowatej wzmocnionej nanocząstkami żelaza i miedzi jest to, że do układu uplastyczniającego wytłaczarki posiadającego cztery strefy grzejne, połączonego z głowicą wytłaczarską, zasypuje się mieszaninę poli(chlorku winylu) plastyfikowanego w ilości od 93,1% do 96,5%, korzystnie 94,2% poroforu w postaci granulatu o egzotermicznej charakterystyce rozkładu w ilości od 0,5% do 0,9%, korzystnie 0,8%, nanocząstek żelaza w postaci proszku w ilości od 1,5% do 3%, korzystnie 2,5% oraz nanocząstek miedzi w postaci proszku w ilości od 1,5% do 3%, korzystnie 2,5%, po czym nagrzewa się mieszaninę do temperatury w strefie pierwszej 100°C, w strefieThe essence of the method of producing a porous pipe reinforced with iron and copper nanoparticles is that the plasticizing system of the extruder with four heating zones, connected to the extrusion head, is filled with a mixture of plasticized poly (vinyl chloride) in the amount of 93.1% to 96.5%, preferably 94.2% granular blowing agent with exothermic decomposition characteristics in an amount of 0.5% to 0.9%, preferably 0.8%, iron nanoparticles in powder form in an amount of 1.5% to 3%, preferably 2 , 5% and copper nanoparticles in the form of a powder in an amount of 1.5% to 3%, preferably 2.5%, and then the mixture is heated to the temperature in the first zone 100 ° C, in the zone

PL 219 977 B1 drugiej 120°C, w strefie trzeciej 140°C, w strefie czwartej 140°C, zaś temperatura w głowicy wytłaczarskiej wynosi 160°C, po ukształtowaniu rury w głowicy wytłaczarskiej następuje chłodzenie w temperaturze 16°C, zaś prędkość obrotowa ślimaka wytłaczarki wynosi 60 obr/min.In the second 120 ° C, in the third zone 140 ° C, in the fourth zone 140 ° C, and the temperature in the extrusion head is 160 ° C, after shaping the pipe in the extrusion head, it is cooled at a temperature of 16 ° C, and the rotational speed is the extruder screw is 60 rpm.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest wytworzenie rury porowatej z warstwą ochronną wzmocnioną nanocząstkami żelaza i miedzi, który nadał jej właściwości magnetyczne.The advantageous effect of the invention is the production of a porous pipe with a protective layer reinforced with iron and copper nanoparticles, which gives it magnetic properties.

Korzystnym sposobem wytwarzania jest również zastosowana metoda wytłaczania porującego, pozwalająca na jednoczesne przetwarzanie mieszanki zawierającej poli(chlorek winylu) plastyfikowany, środek porujący oraz nanocząstki żelaza i miedzi.A preferred method of production is also the method of blowing extrusion, which allows for the simultaneous processing of a mixture containing plasticized poly (vinyl chloride), a blowing agent and iron and copper nanoparticles.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest także rozmieszczenie nanocząstek żelaza i miedzi wyłącznie w warstwie wierzchniej wewnętrznej i zewnętrznej rury.A beneficial effect of the invention is also the distribution of iron and copper nanoparticles solely in the outer and outer layers of the pipe.

PrzykładExample

Rura porowata została wykonana w procesie wytłaczania porującego, przy użyciu wytłaczarki z jednoślimakowym układem uplastyczniającym, głowicy wytłaczarskiej, urządzenia chłodzącego oraz urządzenia odbierającego. Do układu uplastyczniającego wytłaczarki posiadającego cztery strefy grzejne, połączonego z głowicą wytłaczarską, zasypano poli(chlorek winylu) plastyfikowany o gęstości ₃ The porous pipe was made in a porous extrusion process using an extruder with a single screw plasticizing system, an extrusion head, a cooling device and a collecting device. _{Plasticized poly (vinyl chloride) with a density of 3} was poured into the plasticizing system of the extruder with four heating zones, connected to the extrusion head.

1210 kg/m³ w ilości 94,2%, porofor w postaci granulatu o egzotermicznej charakterystyce rozkładu w ilości 0,5%, nanocząstki żelaza w postaci proszku w ilości 2,5% oraz nanocząstki miedzi w postaci proszku w ilości 2,5%. Zastosowany granulat środka porującego składał się z 50% środka czynnego i 50% mieszaniny poli(chlorku winylu) i środka nukleidyzującego. Wprowadzoną do układu mieszaninę nagrzano do temperatury w strefie pierwszej 100°C, w strefie drugiej 120°C, w strefie trzeciej 140°C, w strefie czwartej 140°C. Temperatura w głowicy wytłaczarskiej wyniosła 160°C, zaś temperatura wody chłodzącej kształtownik 16°C. Proces prowadzono przy szybkości obrotowej ślimaka wytłaczarki wynoszącej 60 obr/min. Otrzymano rurę porowatą o grubości 4,0 mm, oraz strukturze porowatej w całym przekroju z nanocząstkami żelaza i miedzi widocznymi w warstwie wierzchniej zewnętrznej i wewnętrznej. Średnica porów wyniosła 0,0225 mm, zaś udział powierzchniowy mikroporów wyniósł1210 kg / m ³ in the amount of 94.2%, blowing agent in the form of granules with exothermic decomposition characteristics in the amount of 0.5%, nanoparticles of iron in the form of a powder in the amount of 2.5% and nanoparticles of copper in the form of a powder in the amount of 2.5% . The blowing agent granulate used consisted of 50% active agent and 50% of a mixture of polyvinyl chloride and nucleidizing agent. The mixture introduced into the system was heated to the temperature in the first zone 100 ° C, in the second zone 120 ° C, in the third zone 140 ° C, in the fourth zone 140 ° C. The temperature in the extrusion head was 160 ° C and the temperature of the water cooling the section was 16 ° C. The process was carried out at the rotational speed of the extruder screw equal to 60 rpm. The result was a porous pipe with a thickness of 4.0 mm and a porous structure throughout the cross-section with iron and copper nanoparticles visible in the outer and inner outer layers. The pore diameter was 0.0225 mm, and the area share of the micropores was

40%. Otrzymana rura mikroporowata wielowarstwowa charakteryzowała się gęstością pozorną równą ₃ 40%. The obtained multilayer microporous pipe had an apparent density equal to ₃

780 kg/m³, wytrzymałością równą 11 MPa oraz temperaturą mięknienia VST równą 70°C.780 kg / m ³ , strength of 11 MPa and VST softening point of 70 ° C.

Claims

Patent claim

The method of producing a porous pipe reinforced with iron and copper nanoparticles, characterized in that the plasticizing system of the extruder having four heating zones, connected to the extrusion head, is filled with a mixture of plasticized poly (vinyl chloride) in the amount of 93.1% to 96.5%, preferably 94.2%, granulated blowing agent with exothermic decomposition characteristics in the amount of 0.5% to 0.9%, preferably 0.8% by weight, iron nanoparticles in the form of a powder in an amount of 1.5% to 3%, preferably 2.5% and copper nanoparticles in powder form in an amount of 1.5% to 3%, preferably, 2.5%, and then heating the mixture to a temperature in the first zone 100 ° C, in the second zone 120 ° C, the third zone is 140 ° C, the fourth zone is 140 ° C, and the temperature in the extrusion head is 160 ° C, after shaping the pipe in the extrusion head, it is cooled with water at 16 ° C, and the rotational speed of the extruder screw is 60 rpm.