книги из ГПНТБ / Князев, В. К. Облученный полиэтилен в технике

Модернизированная установка (тандем-установка) имеет два ускорителя и электромагнитную систему раз­ вертки пучка. При использовании сенсибилизирующих добавок в материале или оптимальных режимов облуче­ ния на этой установке может быть достигнута произво­ дительность до 6000 м/ч [3, 328]. Протяжное устройство установки имеет электропривод с двигателем постоянно­ го тока ПЛ-072 мощностью 0,18 кВт (1400 об/мин), ре­ дуктор с передаточным числом 1:400, направляющий и ведущий барабаны, приемную катушку, блок направляю­ щих роликов, состоящий из двух барабанов и свободно вращающихся роликов. Число роликов и их размеры оп­ ределяются характеристиками провода. Провод на блоке заправляется восьмерками, что позволяет одновременно облучать несколько рядов его с двух сторон.

В различных отраслях техники, наряду с проводами круглого сечения, все шире начинают использоваться ленточные провода, в которых в монолитной плоской изо­ ляции находится большое число проводников. Ленточные провода с плоскими жилами могут изготавливаться при непрерывной подаче в горячем состоянии линейно рас­ положенных проводников между двумя полиэтиленовы­ ми лентами, нагретыми до температуры, при которой происходит сварка их внутренних поверхностей между собой и с проводниками. Для этого заготовка провода проходит через устройство со сжимающими валками. Другой метод предусматривает протягивание ряда про­ водников между двумя лентами с последующей сваркой поверхностей между проводниками специальными роли­ ками, нагретыми до температуры сварки.

Для получения плоских проводов используется также метод экструзии. В процессе экструзии на проводники накладывается слой изоляции. При этом проводники, выходя из головки экструдера, оказываются заключен­ ными в плоскую ленту изоляционного материала. В про­ изводстве силовых кабелей все шире используется облу­ ченная полиэтиленовая лента [578]. Лентой, облученной до дозы около 10 Мрад, обматывается токопроводящая жила кабеля, которая затем нагревается до температу­ ры выше 100 °С, после чего на жиле образуется сплош­ ная изоляция. Производство кабелей и проводов с облу­ ченной полиэтиленовой изоляцией является одним из наиболее показательных примеров широкого промышлен-

2 0 4

иого освоения новых технологических процессов во мно­ гих странах [2, 541, 544, 553]. Значительных успехов в этой области достигла отечественная кабельная промыш­ ленность, о чем свидетельствует большой ассортимент кабелей и проводов, выпускаемых заводами.

Производство облученных полиэтиленовых трубок и труб

Облучение гибких трубок и жестких труб из полиэти­ лена может осуществляться на специализированных у-установках или электронных ускорителях периодически или непрерывным методом. При у-облучении производит­ ся одновременное облучение большого числа труб в кас­ сетах или контейнерах.

В работе [579] приведены основные параметры про­ мышленной установки радиационного сшивания полиэти­ леновых труб. Рассмотрена конструкция радиационно­ химической установки, в которой в качестве источника излучения служит активированный в реакторе АЭС сплав In—G a—Sn, циркулирующий в замкнутой системе радиационного контура. Установка с активностью облуча­ теля 9 -ІО6 г-экв радия состоит из рабочей камеры, в ко­ торой размещены плоскостной облучатель и подвесной двухзаходный толкающий конвейер для перемещения кассет с трубами вдоль облучателя. Длина каждого хо­ д а — 38 м. Одновременно в рабочей камере могут нахо­ диться 20 кассет емкостью 3,5 м3 каждая. Средняя погло­ щенная доза излучения составляет 100 Мрад при мощно­ сти дозы — 150 рад/с.

Небольшие отрезки труб, представляющие собой кон­ струкционные элементы различного рода устройств, об­ лучаются на изотопных у-установках.

При облучении толстостенных труб на ускорителе од­ ной или нескольким трубам одновременно с их враще­ нием может задаваться поступательное движениеОблу­ чение при этом будет происходить по спирали. Тонкие трубы могут облучаться за один проход под пучком электронов или за два прохода с поворотом на 180° [3]. При непрерывном облучении электронный ускоритель встраивается в поточную линию и облучает трубу, вы­ ходящую из экструдера. Один из методов осуществления радиационно-технологической обработки трубок на электронном ускорителе предусматривает намотку со

205

скоростью 60 об/мин трубки (диаметром от 1,0 до 25 мм) после экструзии и охлаждения па специальную переход­ ную кассету. Переходная кассета помещается на устрой­ ство для облучения под пучком электронов. Число одно­ временно укладываемых на кассету слоев трубки опре­ деляется расчетом и зависит от характеристик излучения и объекта облучения, т. е. характеристик ускорителя и размеров трубки. Кассете на установке сообщается вра­ щательное и возвратно-поступательное движение вокруг вертикальной оси и в вертикальном направлении соответ­ ственно. Горизонтально направленный пучок электронов ускорителя мощностью 0,6 кВт и энергией частиц 2,0 МэВ облучает изделие на кассете по спирали. Часто­ та вращения кассеты составляет 30 об/мин, а скорость возвратно-поступательного движения 300—400 мм/мин. После облучения до дозы, составляющей половину от полной поглощенной дозы, трубка перематывается па другую кассету, при этом слои, ранее размещенные внут­ ри кассеты, располагаются снаружи. Повторное облуче­ ние до той же поглощенной дозы позволяет равномерно распределить энергию излучения по всей длине трубки в кассете и завершить радиационную обработку.

Поточная линия для получения радиационно-модифи­ цированных полиэтиленовых трубок диаметрами от 2 до 8 мм с толщиной стенки до 0,5 мм [580—582]і имеет в своем составе шнековый агрегат (экструдер, калибрую­ щую и охлаждающую системы), устройство для подачи трубок на облучение, ускоритель электронов УЭ-0,4М, узел отжига, воздушный охладитель и устройство для укладки готовой продукции. Скорость экструдирования составляет 1—3 м/мин. После экструзии, калибровки и охлаждения трубка через канал в биологической защи­ те подается на облучение. Для более полного использо­ вания излучения и обеспечения необходимой производи­ тельности установки изделие многократно проходит под пучком электронов и возвращается на облучение через систему поворотных барабанов. Число одновременно об­ лучаемых витков определяется диаметром сечения пучка электронов (50 мм) и диаметром выпускаемой продук­ ции. Вместе с поступательным движением трубке при­ дается вращательное движение, обеспечивающее равно­ мерное облучение. Завершающим этапом изготовления является отжиг трубки в нагревательной камере при

206

400—450 °С, интенсивное охлаждение воздушным пото­ ком и укладка. Коэффициент использования излучения ускорителя составляет 53%. Производительность уста­ новки достигает 180 м/ч.

Опубликованные в печати данные свидетельствуют о том, что облучение жестких полиэтиленовых труб не но­ сит еще массового характера, хотя в этой области уже достигнут значительный прогресс.

Производство облученных термоусаживаемых полиэтиленовых трубок

Промышленное производство термоусаживаемых тру­ бок из облученного полиэтилена организовано в СССР , СШ А, Японии, Франции, ФРГ и др.

Трубки отечественного производства выпускаются электротехнической и электронной промышленностью.

Наиболее крупными производителями термоусажи­ ваемых трубок за рубежом являются фирмы «Сіе Fran- ?ais des Isolant», «Grace», «Raychem», «Alpha Wire Corp.», «Sumitomo Elect.» [551—553, 583, 586].

Возможны два метода получения термоусаживаемых трубок. Первый из них состоит в подаче внутрь нагретой облученной полиэтиленовой трубки воздуха под давле­ нием с последующим ее охлаждением в раздутом состоя­ нии. Второй заключается в перемещении внутри нагре­ той трубки цилиндрического дорна с коническим нако­ нечником. При этом трубка охлаждается в момент нахождения ее на цилиндрической части, имеющей диаметр готового изделия.

Запатентовано большое число различных устройств, позволяющих осуществлять процесс формования термо­ усаживаемых трубок [587—596]!.

Особенностью одного из методов производства тер­ моусаживаемых трубок на коническом дорне [587]* яв­ ляется применение повторного нагревания в момент протягивания их по цилиндрическому дорну с последую­ щим охлаждением, что позволяет производить продоль­ ную усадку трубки, повышая тем самым стабильность изделия по длине при его усадке по диаметру.

Разработана конструкция дорна с закрепленными на нем свободно вращающимися шариками [588], по кото­ рым перемещается нагретая трубка в момент увеличения

207

ее диаметра. Вращением шариков существенно снижает­ ся усилие, необходимое для продвижения трубки по дорну, в связи с чем уменьшается ее продольное вытягива­ ние. Дорн в вертикальном состоянии удерживается маг­

нитным полем.

Известен метод производства раздутой трубки нагре­ ванием ее в ванне с жидким теплоносителем с последую­ щей подачей в калибрующую трубу, имеющую рубашку охлаждения. Давление, под которым находится теплоно­ ситель, и внутреннее давление воздуха в трубке одинако­ вы. При этом не происходит преждевременного раздува­ ния трубки. Необходимый внутренний диаметр трубки достигается в калибре, в котором этот размер и фикси­ руется охлаждением. Отрезки нагретых трубок могут раздуваться также в калибрующей трубе [589, 590]|.

В периодически действующем устройстве для разду­ вания трубок [591]! сочетаются жидкостной нагреватель и холодильник. Длина участка одновременно раздувае­ мой трубки соответствует длине нагревательного элемен­ та и отмеряется регулятором длины. Трубка нагревается в оформляющем калибре горячим теплоносителем и за­ тем раздувается сжатым воздухом. Затем теплоноситель сливается и в калибр поступает охлаждающая жидкость. Раздутая трубка после охлаждения сматывается на ба­ рабан и операция-повторяется.

По другому методу в трубку, заключенную в калибр, подается жидкость-теплоноситель с температурой кипе­ ния ниже температуры размягчения полимера [592]L При нагревании жидкости до необходимой температуры (тем­ пературы раздува) трубка размягчается и раздувается давлением паров жидкости. Размер раздутой трубки фиксируется подачей охлажденной жидкости.

Для получения термоусаживаемой трубки исполь­ зуется также устройство, в котором перемещение разду­ ваемой трубки внутри калибра, помещенного в нагрева­ тельный цилиндр с жидким теплоносителем (глицерин), производится охватывающими ее с двух противополож­ ных сторон непрерывными лентами из фторопласта или другого материала, движущимися с одинаковой ско­ ростью. Трубка поступает в калибр с барабана непре­ рывно и после раздувания сматывается на приемный ба­ рабан. Один конец трубки закрывается заглушкой, а с другого конца подается сжатый воздух. Лента из фторо-

208

пласта предохраняет раздуваемую трубку от прилипания к калибру и уменьшает трение о его стенки. Над нагре­ вательным цилиндром размещается холодильник, прохо­ дя через который изделие охлаждается и окончательно калибруется.

Разработан ряд методов уменьшения продольной вы­ тяжки трубок при раздувании [593, 594]і, из которых наиболее широко используются формование на дорне с шариками (при этом трение скольжения заменяется тре­ нием качения), перемещение трубки при помощи лент, раздув трубки в неподвижном состоянии и перемещение ее после охлаждения.

Раздув трубки может производиться также в калиб­ ре, стенки которого непрерывно перемещаются со ско­ ростью движения изделия. Для этого в направляющей трубчатой гильзе располагается несколько бесконечных транспортерных лент, движение которых осуществляется от приводных роликов [595]!. В зависимости от формы гильзы ленты также могут придавать изделию соответст­ вующую форму. Сами ленты могут быть толстостенными и достаточно жесткими, причем форма лент определяет форму раздутой трубки [596]1

Устройства, аналогичные приведенным в [587, 588], рассмотрены также в работе [597],!-

Производство гибких напорных шлангов на основе облученного полиэтилена

Производство высоконапорных армированных шлан­ гов на основе облученного полиэтилена может осуществ­ ляться с использованием различного радиационного и технологического оборудования. Выбор этого оборудова­ ния определяется конструкцией шлангов.

Гибкие напорные шланги из облученного полиэтиле­ на производятся в С С С Р и за рубежом [598, 599]|. Тех­ нология их получения включает облучение готовых изде­ лий или отдельных элементов в процессе изготовления.

Если защитная оболочка из полиэтилена наносится на шланги методом экструзии, то используется стандарт­ ное технологическое оборудование с облучением на за­ вершающей стадии производства. В этом случае техно­ логическая линия включает два экструдера с оплеточной машиной между ними и электронный ускоритель на 2—

5 МэВ. При изготовлении шлангов очехляемой конструк­ ции технологическое оборудование состоит из оплеточной машины и шлангосборочного стенда или агрегата. Наи­ более совершенной конструкцией шлангосборочного обо­ рудования является карусельная шлангосборочная ма­ шина, позволяющая одновременно собирать от 10 до 20 шлангов длиной до 10 м. Наиболее высокую произ­ водительность эта машина обеспечивает при работе в режиме непрерывного процесса в комбинации с оплеточ­ ной машиной. Высокая производительность операции оплетки достигается при использовании бездорнового метода и при применении 24-шпульной оплеточной ма­ шины. При этом оплетаемая облученная полиэтиленовая трубка отбирается непрерывно с бобины и, находясь под внутренним давлением сжатого воздуха, проходит опле­ точную машину, в которой на нее наносится нитяная (лавсановая, капроновая и др.) оплетка. Непрерывно движущаяся оплетенная трубка нарезается на отрезки необходимой длины, каждый из которых последователь­ но протягивается через поддуваемую сжатым воздухом и укрепленную на карусельном устройстве термоусажи­ ваемую облученную полиэтиленовую трубку. Последняя отбирается с бобины, отрезается и закрепляется на кон­ цевых пружинных распорных втулках карусельного уст­ ройства в момент, предшествующий повороту карусели па определенный угол, при котором ось термоусаживае­ мой трубки совпадает с осью оплетаемой трубки. После закрепления термоусаживаемой трубки, являющейся на­ ружной оболочкой шланга, через нее навстречу опле­ таемой трубке пневматическим способом протягивается тросик с упругим наконечником, играющим роль поршня. Наконечник заменяется быстросъемным малогабарит­ ным захватом, который укрепляется на пережатом пе­ реднем конце оплетенной трубки.

После переключения привода на обратный ход тро­ сика одновременно с перемещением оплетенной трубки по ходу ее движения внутри термоусаживаемой трубки в последнюю через концевую распорную втулку подает­ ся сжатый воздух. После выхода захвата с другого кон­ ца наружной трубки он снимается с оплетенной трубки. Операции по изготовлению следующей сборки начина­ ются с поворота карусельного устройства на определен­ ный угол до совмещения оси оплетаемой трубки с осью

210

следующей пары концевых распорных втулок, на кото­ рых закрепляется термоусаживаемая трубка. Порядок изготовления необходимого числа сборок повторяется до заполнения ими карусельного устройства. Завершающим этапом изготовления шлангов является усадка наружной оболочки готовых сборок. Эта операция производится после смыкания двух створок кожуха, одновременно иг­ рающего роль защитного укрытия и отражателя горяче­ го воздуха.

При этом карусельное устройство закрывается кожу­ хом по всей его длине и в центральную трубу распреде­ лителями потока подается нагретый до 180 °С сжатый воздух, посредством которого и производится усадка на­ ружной оболочки шланга. Готовые трубки интенсивно обдуваются холодным воздухом и при одновременном перемещении всех концевых втулок, освобождающем концы шлангов, готовые изделия сбрасываются в прием­ ник. Далее изделия обрезаются и методом магнитно-им­ пульсной опрессовки на оба их конца устанавливается необходимая подсоединительиая арматура. Горячий воздух для усадки наружной оболочки может подавать­ ся от перемещающейся вдоль карусельного устройства специальной каретки.

При сборке шлангов на стенде все операции выполня­ ются раздельно, а усадка наружной оболочки произво­ дится в цилиндрической туннельной печи, через внутрен­ нее обогреваемое пространство которой проходит транс­ портер с опорными роликами. Сборка шланга уклады­ вается на транспортер и перемещается внутри печи до полной усадки оболочки.

Производство облученных полиэтиленовых пленок

Облучение пленочных изделий может осуществляться на самых разнообразных у-установках и ускорителях электронов. Выбор источника излучения определяется шириной рулона пленки и ее назначением.

При облучении на у-установках рулон пленки поме­ щают в вакуумируемый аппарат или в аппарат, запол­ няемый инертным газом. В этом же аппарате произво­ дится и послерадиационная термообработка пленки. Об­ лучение может протекать в стационарно установленном

аппарате или в аппарате, находящемся на конвейере облучательной установки.

При облучении на электронном ускорителе радиаци­ онная обработка пленки может осуществляться тремя способами:

1) непрерывно, с многократным прохождением под пучком электронов с петлеобразным изменением направ­ ления ее движения;

2)непрерывно, при намотке пленки на барабан, при­ чем излучение в этом случае поглощается полностью (частично — облучаемым слоем пленки, а остальное — слоем пленки в рулоне);

3)периодически, путем облучения рулона пленки при вращении и возвратно-поступательном перемещении пер­ пендикулярно направлению пучка электронов. В послед­ нем случае энергия излучения также поглощается пол­ ностью.

Оборудование и технология производства облученных полиэтиленовых пленок описаны в работах [441, 580— 582]|.

По технологии, приведенной в работе [580], опытно­ промышленный участок завода пластических масс осна­ щен двумя технологическими установками радиацион­ ного модифицирования пленки и трубки из полиэтилена низкой плотности. Источниками излучения в установках являются ускорители электронов УЭ-0,4М. Энергия электронов 0,4 МэВ обеспечивает эффективное облуче­ ние изделий толщиной до 0,6 мм.

Установка УР-0,4П, предназначенная для радиацион­ ной обработки рукавной полиэтиленовой пленки, разме­ щается в каньоне, который имеет необходимую биологи­ ческую защиту и состоит из ускорителя и технологиче­ ской линии, включающей размоточное устройство, перед­ ний тянущий механизм, камеру отжига, охлаждающее устройство, задний тянущий механизм и намоточное устройство.

Ускоритель электронов имеет систему развертки пуч­ ка, которая позволяет облучать рукав полиэтиленовой пленки шириной до 550 мм. Рабочий ток ускорителя в режиме длительной работы составляет 3 мА при энергии электронов 0,35 МэВ.

Рукавная пленка с двойной толщиной 0,30—0,35 мм заправляется через все элементы установки, включая

212

ускоритель, на намоточное устройство. Рукав перед за­ креплением заполняется газом. Вследствие плотного прижатия валковыми парами на участке между тянущи­ ми механизмами образуется цилиндрический газовый пузырь, предотвращающий слипание и деформацию об­ лученного полиэтиленового рукава при его прохождении через камеру отжига, температура в которой достигает 150—200 °С. После прохождения через систему охлажде­ ния пленка, охлажденная до 20—40 °С, сматывается на приемный барабан. Во время движения пленка облу­

ность составляет около 15 т при 5400 ч работы и скоро­ сти движения пленки около 18 м/ч.

В другой работе [445] описана технология радиацион­ ной модификации полиэтиленовой пленки на радиацион­ ном контуре РК-Л. Для этого использовались различные типы облучателей [600]. Один из них представляет собой цилиндр диаметром 300 мм и высотой 780 мм, вы­ полненный в виде змеевика из трубки диаметром 16 мм. При активности 25000 г-экв радия облучатель имеет среднюю мощность экспозиционной дозы излучения в центральной полости — 140 р/с. Полиэтиленовую пленку облучали в виде блока массой 30 кг в среде аргона.

Так как рулонную пленку можно непрерывно облу­ чать непосредственно после ее производства, необходимо согласовать производительность установок для получе­ ния пленки и ее облучения.

В работе [601] сообщается, например, о создании бо­ лее высокопроизводительных установок для получения пленок (45—60 м/мин), что усложняет конструкцию облучательной установки при непрерывном осуществлении радиационно-технологического процесса.

Установки для производства пленок могут оснащать­ ся специальными приспособлениями для тиснения плен­ ки, придания рифлености одной из ее поверхностей

и т. д.

Значительная доля производимой облученной поли­ этиленовой пленки используется для производства упа­ ковочных мешков. Для уменьшения скольжения мешков при их переноске, транспортировке, складировании раз­

213