СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БРИТВЕННОГО ЛЕЗВИЯ С ПОКРЫТИЕМ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1998 года по МПК B26B21/60 B05D3/00 B05D3/14 

Изобретение относится к производству бритвенных лезвий, а точнее - к производству бритвенных лезвий с покрытием из полимерного материала, нанесенного на поверхность их кромок.

Из предшествующего уровня техники известно изготовление бритвенных лезвий с различными покрытиями, созданными для защиты лезвий от истирания и от атмосферных условий, а также от соприкосновения с различными материалами при хранении лезвий или в процессе бритья, которые стремились бы разрушить основной материал лезвия.

Кроме защиты материала, из которого изготовлено лезвие, были созданы различные покрытия для кромок лезвия в попытке устранить нежелательные воздействия в процессе бритья, которые могли вызвать раздражение кожи пользователя лезвия. Для этой цели обычно используют материалы с низким коэффициентом трения.

Для достижения вышеизложенного лезвия подвергали обработке, нанося способом плавления покрытие из полимерного материала на режущую кромку лезвия. Способ нанесения полимерного материала на бритвенное лезвие обычно осуществляют напылением на лезвие полимерного материала, диспергированного в растворе, и нагреванием лезвия в неокислительной среде, чтобы вызвать расплавление полимерного материала и его распределение по поверхности кромки лезвия. Когда лезвие в конце концов охлаждают, покрытие затвердевает и остается сцепленным с лезвием. Нагрев лезвия для такого расплавления материала, в общем, осуществляют посредством инфракрасного, индукционного или электрического нагрева лезвия до температуры в интервале между 200^oC и 400^oC. Различные примеры этого способа описаны в патенте США N 3.224.900 на имя Кримера.

Также известен способ изготовления бритвенного лезвия с покрытием из полимерного материала, включающий использование камеры с неокислительной атмосферой и средство для создания высокочастотной энергии, нанесение покрытия на кромку лезвия и выдерживание лезвия в поле действия источника энергии, повышающего температуру лезвия для обеспечения сцепления полимера с кромкой лезвия (см. США, патент N 640 (NIZEL), кл. 427-451, 1969, с. 3, 4).

Электронагрев сопротивлением и индукционный нагрев отличаются большим расходом энергии и длительным временем нагревания лезвий, так как при них имеет место нагрев всей массы лезвий, включая несущее устройство для лезвий или зажимы для них. Хотя инфракрасный нагрев осуществляется несколько быстрее, чем электрический или индукционный нагрев (для нагрева стопки лезвий длиной 0,3 м требуется только 40 с по сравнению с приблизительно 20-30 мин при электрическом или индукционном нагреве), технологическое преимущество фактически оказывается довольно небольшим ввиду излучательной способности пачек лезвий, изменяется с углом заостренных лезвий. Кроме того, все еще остается довольно длительным время охлаждения, необходимое до того, как покрытие достаточно затвердеет для транспортирования лезвий.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности способа изготовления бритвенного лезвия с покрытием из полимерного материала и улучшение качества получаемых лезвий.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления бритвенного лезвия с покрытием из полимерного материала на поверхности его режущей кромки, включающем стадии использования камеры с неокислительной атмосферой в ней и средства подвода высокочастотной энергии; нанесения полимерного покрытия на кромку лезвия и выдерживания лезвия в указанном резонаторе для повышения температуры покрытия поверхности кромки лезвия и расплавления полимерного материала посредством тепла, создаваемого высокочастотной энергией, согласно изобретению в качестве камеры используют одномодовый резонатор, а кромку бритвенного лезвия размещают перпендикулярно или параллельно электрическому полю, а одномодовый резонатор настраивают с целью уменьшения до минимума мощности отраженной волны.

С помощью средства для подвода высокочастотной энергии подводят СВЧ-энергию с частотой от около 300 МГц до около 30 ГГц.

Камеру используют при поперечном электрическом типе колебаний 112.

При этом полимерный материал выбирают из группы, состоящей из фторуглдеродных полимеров, полимеров на основе кремния или их смесей, а в качестве полимерного материала используют полимер тетрафторэтилена.

Целесообразно, чтобы температура покрытой поверхности кромки не превышала 430^oC.

Нанесение полимерного покрытия на кромку лезвия осуществляют путем окунания или напыления на кромку лезвия покрытия из полимерного материала, диспергированного в растворителе, причем растворитель выбирают из группы, состоящей из воды, летучих органических растворителей, фторуглеродных растворителей или их смешивающихся сочетаний.

Дисперсию осуществляют электростатическим напылением на поверхность кромки, при этом СВЧ-энергия имеет частоту около 2,45 ГГц.

Кроме того, дисперсию подогревают перед нанесением ее на кромку лезвия, а перед выдерживанием лезвия в резонаторе бритвенное лезвие охлаждают до температуры от 5^oC до 20^oC.

Предпочтительно, чтобы во время выдерживания лезвия в резонаторе бритвенное лезвие охлаждалось до температуры от 5^oC до 20^oC, а после стадии выдерживая лезвия в резонаторе бритвенное лезвие охлаждают до температуры от 5^oC до 20^oC.

Желательно располагать бритвенное лезвие таким образом, чтобы в магнитное поле проникала только режущая кромка бритвенного лезвия".

Вышеуказанные и другие признаки изобретения будут подробнее описаны в связи с предпочтительным вариантом его осуществления и со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показано схематическое изображение одномодовой СВЧ-камеры, действующей при поперечном электрическом типе колебаний 112 (TE₁₁₂), в которой лезвие показано параллельно магнитному полю (H) и перпендикулярно электрическому полю (E).

Все приведенные здесь проценты и соотношения являются весовыми, если не указано иное.

Используемый здесь термин "режущая кромка бритвенного лезвия" охватывает режущее острие и фаску лезвия. Как признают заявители, описанным здесь способом нельзя покрыть все лезвия. Однако, снимающееся защитное покрытие этого типа, по-видимому, не является существенным для настоящего изобретения.

Подготовка бритвенных лезвий для покрытия при настоящем изобретении сходна с той, которая применяется в известной технике, т.е. лезвия вначале очищают растворителем или моющим средством для удаления жира и грязи, которые могли накопиться на лезвиях, и для подготовки поверхности к ее восприятию покрытия подлежащего сцеплению с поверхностью лезвия.

После промывки лезвий их высушивают, помещают в несущее устройство, которым может быть любое устройство, хорошо известное в технике, и покрывают полимерным материалом. Многие имеющиеся в продаже бритвенные лезвия содержат также промежуточный хромо-платиновый слой между стальным лезвием и полимером. Такой промежуточный слой напыляют на поверхность кромки лезвия до нанесения полимерного покрытия. Кроме того, на материал лезвия до его покрытия полимером может быть нанесено покрытие из алмазообразного углерода, как это описано в патентах США NN 5.142.785 и 5.232.568, упомянутых здесь для сведения.

Полимерным материалом может быть любой материал, который будет расплавляться на режущей кромке лезвия и оставаться прилипшим после неоднократного бритья. Типичными полимерными материалами являются фторуглеродные полимеры, полимеры на основе кремния или их смеси. Подходящими фторуглеродными полимерами являются те, которые содержат цепь из атомов углерода, включающую в себя преимущественно группы -C₂-C₂-, как например, полимеры тетрафторэтилена, в том числе сополимеры, как например, сополимеры с меньшей долей, например, до 54 вес. % гексафторпропилена. Эти полимеры на концах углеродных цепей имеют концевые группы, которые могут быть различными по своей природе в зависимости, как известно, от способа получения полимера. К числу обычных концевых групп таких полимеров относятся -H, -COOH, -Cl, -CCl₃, -CFClCF₂Cl, -CH₂OH, -CH₃, -CF₂H, ... и т.п. Хотя с определенностью не известны точные молекулярные массы и распределение молекулярных масс предпочтительных полимеров, они, по-видимому, имеют средние молекулярные массы менее 700.000, наиболее предпочтительно около 25.000. Предпочтительными хлорсодержащими полимерами являются те, которые содержат от 0,15 до 0,45 вес.% хлора (который присутствует в концевых группах). Могут быть использованы смеси двух или более фторуглеродных полимеров, при условии что эти смеси могут расправляться и имеют вышеуказанные характеристики скорости растекания расплава, даже если отдельные полимеры, образующие смесь, не обладают этими характеристиками. Наиболее предпочтительным начальным материалом является политетрафторэтилен.

На режущую кромку дисперсия полимера в подходящем растворителе, как например, воде, летучем органическом растворителях, как например, спирте фторуглеродных растворителе "фреон" иди их смесях, может быть нанесена любым подходящим способом, обеспечивающим как можно более равномерное покрытие, например, окунанием или напылением. Нанесение покрытия напылением является предпочтительным промышленным способом нанесения покрытия. Для нанесения покрытия на режущие кромки особенно предпочтительным является распыление или пульверизация. Для повышения эффективности осаждения вместе с распылителем может быть использовано электростатическое поле. Для дальнейшего ознакомления с этим способом электростатического напыления (см. патент США N 3.713.873 на имя Фиша, выданный 30 января 1973 г. и упомянутый здесь для сведения). Степень предварительного нагрева зависит от характера дисперсии.

После покрытия кромок лезвия их нагревают для удаления растворителя и расплавления полимера, чтобы вызвать его сцепление с лезвием. В результате нагрева может быть получено спеченное, частично расплавленное или расплавленное покрытие. Предпочитается полностью расплавленное покрытие, так как это позволяет покрытию распределяться в виде сплошной тонкой пленки и более тщательно покрывать кромку лезвия. Более подробное обсуждение расплава, частичного расплава и спекшегося материала смотри в MeGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology, Vol. 12, стр. 437, 5-е издание (1992 г.), приведенное здесь для сведения. Хотя лезвия можно нагревать в атмосфере воздуха, предпочтительно нагревать их в атмосфере инертного газа, как например, гелия, азота и т.п., в атмосфере восстановительного газа, как например, водорода, в смесях таких газов или в вакууме. Нагрев должен быть достаточным, чтобы стало возможным, по крайней мере, спекание отдельных частиц полимера. Предпочтительно, чтобы нагрев был достаточным для возможности распределения полимера в виде по существу сплошной пленки надлежащей толщины и его прочного сцепления с материалом кромки лезвия.

Высокочастотный нагрев устраняет недостатки всех предшествующих обычных способов нагрева. Он предоставляет большие технологические возможности, чем инфракрасный нагрев, и обеспечивает быстрый нагрев, охлаждение и экономию пространства благодаря тому факту, что фактически нагревают обнаженную наружную поверхность кромки лезвия. В настоящем изобретении можно использовать любую высокочастотную энергию, способную нагревать кромки лезвия. СВЧ-излучения (от 300 МГц до 30 ГГц) являются предпочтительным высокочастотным источником. Для нагрева политетрафторэтиленовых (ПТФЭ) покрытий на кромках бритвенных лезвиях обычно используется СВЧ-диапазон с частотой 2,45 ГГц и длиной волны около 12 см. Изменение электрического поля во времени индуцирует электрический ток на поверхности кромок лезвия, и поэтому лишь поверхностный слой подвергается достаточному нагреву для расплавлении и растекания политетрафторэтиленовых покрытий. Кроме того, ввиду избирательного нагрева, при котором быстро нагревают поверхность кромок для расплавления и растеканию политетрафторэтилена, тело лезвия после такого нагрева действует в качестве стока тепла, результатом чего является более быстрое охлаждение, чем при инфракрасном нагреве. Этот эффект может быть усилен охлаждением бритвенного лезвия до температуры от приблизительно 5^oC до 20^oC перед обработкой СВЧ-токами, во время и/или после нее. Это означает, что производственная линия может быть сделана более короткой вследствие исключения охлаждающей камеры или уменьшения ее размера, результатом чего также является сокращение требуемого пространства.

Как известно, высокочастотная энергия, особенно СВЧ-энергия, очень эффективно нагревает металлы. Это физическое явление называют джоулевым теплом. Подобно индукционному нагреву, при котором магнитная энергия преобразуется в тепло, при высокочастотном нагреве используют как электрическое, так и магнитное поле для нагрева проводящего материала. Нагрев происходит при индуцировании поверхностных токов в металле. Математическим выражением, описывающим этот электрический ток, является

где
J - индуцированный ток, H - магнитное поле, D - электрическое поле и t - время. Проще говоря, это выражение означает, что ток на поверхности металла может генерироваться закручиванием магнитного поля или определяться производной электрического поля по времени. При сверхвысоких частотах токи текут, главным образом, в поверхностном слое металла вследствие скин-эффектов. Скин-эффект в принципе вызывается тем фактом, что внутри идеального металла электрическое поле всегда равно нулю, а ток в таком случае должен течь по поверхности для того, чтобы удовлетворять электромагнитным пограничным условиям. При 2,45 ГГц глубина наружного слоя приблизительно равна 1 микрометру. Это означает, что большая часть нагрева лезвия происходит на наружном слое, подвергающемся действию СВЧ-полей. В таком случае нагрев создается благодаря омическим потерям. Мощность, рассеиваемая в тепло, соответствует
P = 1/2•I²P,
где
I - сила тока и P - сопротивление. В случае сверхвысокочастотного электромагнитного поля, облучающего поверхность металла, уравнение становится

где
A - площадь поверхности металла, σ - - удельная электропроводность и δ - глубина наружного слоя.

Глубина наружного слоя обратно пропорциональна квадратному корню из частоты возбуждения f. Этим объясняется, почему СВЧ-диапазон более эффективен для нагрева лезвий: процесс нагрева начинается с обнаженной наружной поверхности, после чего происходит нагрев остальной части тела посредством электропроводности.

Очень важным вопросом является равномерность нагрева. Так как уравнение передачи СВЧ-мощности является уравнением, то важно знать, какового влияние направленности магнитного и электрического полей. При 2,45 ГГц длина микроволны равна приблизительно 12 см. Это означает, что в реальных производственных условиях несущее устройство для лезвий подвергалось бы воздействию более одной фазы пространственного распределения СВЧ-мощности.

При СВЧ-нагреве в многомодовой печи (бытовой печи) обычной проблемой является то, что металлические материалы и те материалы, которые имеют высокие содержания электропроводных металлов, склонны к образованию электрической дуги. Такой дуговой пробой может вызвать вредное образование язвин на режущей кромке бритвенного лезвия. Как установили заявители, дуговой пробой можно устранить тщательной настройкой СВЧ-печи с целью уменьшения до минимума мощности отраженной волны. Это наиболее эффективно осуществляется на резонаторе с одномодовым режимом. Для ознакомления с одно- и многомодовыми резонаторами (см. Gandhi, Microwafe Engineering & Application Pergamon Press, N 4 (1935) и Asmussen et al., Rev., Sc., Instrum., 58/8/, с. 1477-1486 (1987), указанных здесь для сведения). Наиболее предпочтительным является одномодовый резонатор, который работает при поперечном электрическом типе колебаний TE₁₁₂.

В резонаторе лезвие следует располагать таким образом, чтобы лезвие было либо перпендикулярно, либо параллельно электрическому полю. На фиг. 1 показана одномодовая СВЧ-камера 1, работающая при поперечном электрическом типе колебаний 112 (TE₁₁₂). Магнитное поле H показано пунктирными линиями, а электрическое поле E - сплошными линиями. На этой фигуре электрическое поле E перпендикулярно бритвенному лезвию 2, которое расположено у основания камеры 1. Как можно видеть из чертежа, получающееся в результате магнитное поле H действует параллельно длине бритвенного лезвия 2. Режущая кромка 3 бритвенного лезвия обращена к верху этой фигуры. Важно, чтобы проникновение в магнитное поле H допускалось только для режущей кромки 3 бритвенного лезвия (т. е. части, подлежащей обработке). В противном случае энергетические поля могут стать возмущенными, что может вызвать эффект типа многомодового режима. Это может привести к дуговому пробою и повреждению лезвий. Желателен быстрый нагрев поверхности кромки лезвия до температуры плавления полимера. Как установили заявители, приблизительно за 15 секунд при мощности вплоть до 1200 Вт можно нагревать 63 бритвенных лезвия толщиной 0,1 мм с достижением хорошей адгезии политетрафторэтиленового полимера. При слишком большом повышении мощности проблемой становятся потери от отражения энергии.

Режим нагрева, т.е. максимальная температура, продолжительность времени и т.д. должен быть отрегулирован таким образом, чтобы избежать значительного разложения полимера и/или чрезмерного отпуска металла режущей кромки. Эта температура предпочтительно не должна превышать 430^oC.

Хотя показаны и описаны конкретные варианты осуществления изобретения, в способ может быть внесено изменение без отступления от технических решений по настоящему изобретению. Следовательно, настоящее изобретение содержит все варианты его осуществления в пределах прилагаемый патентной формулы.

На нижеследующих конкретных примерах проиллюстрирована сущность настоящего изобретения. В каждом из следующих примеров качество первых пяти лезвий было равно или лучше качества имеющихся в настоящее время лезвий с покрытием из фторуглеродного полимера, изготовленных с хлорфторуглеродным растворителем. Снижение качества последующих лезвий в каждом конкретном примере меньше или равно снижению качества лезвий с покрытием из фторуглеродного полимера, изготовленных с обычным нагревом.

Пример 1. Приготавливали и гомогенизировали с помощью ультразвукового диспергатора дисперсию в изопропаноле, содержащую 10 вес.% дисперсии политетрафторэтилена "видакс 1000" (фирмы "Дюпон-де-Немур") (со средней молекулярной массой около 25.000) в фторуглеродном растворителе "фреон". Затем эту дисперсию напыляли на режущие кромки бритвенных лезвий из нержавеющей стали. После сушки лезвия укладывали в 6 мм стопку в СВЧ-резонаторе модели CMPR (товарный знак) из резонаторов MCR 1300 фирмы "Вэйвмэт Инк.", г. Плимут. шт. Мичиган. Весь резонатор в течение 15 мин продували азотом при его расходе 0,283 нм³/ч СВЧ-диапазон настраивали таким образом, чтобы электрическое поле, генерируемое микроволнами, было параллельно кромке лезвия (поперечный электрический тип колебаний 112). В течение 20 с к лезвиям подводили мощность в 900 Вт при максимальной температуре нагрева в 400^oC (поверхность). Лезвия, обработанные таким образом, показали равноценные качества и сходную долговечность покрытия, как и подобные лезвия, которые были обработаны в инфракрасной печи.

Пример 2. Приготавливали и гомогенизировали с помощью ультразвукового диспергатора дисперсию, содержащую 10 вес.% "видакс 1000" (фирмы "Дюпон-де-Немур") в изопропаноле. Затем электростатическим способом напыляли дисперсию на режущие кромки бритвенных лезвий, изготовленных из нержавеющей стали. После сушки лезвия укладывали в 6 мм-стопку в СВЧ-резонаторе модели CМРR (товарный знак) 250 из резонаторов MCR 1300 фирмы "Вэйвмэт Инк.", г. Плимут, шт. Мичиган, Весь резонатор в течение 5 мин продували азотом. СВЧ-диапазон настраивали таким образом, чтобы электрическое поле, генерируемое микроволнами, было перпендикулярно кромке лезвия. К лезвиям подводили мощность в 536 Вт. Лезвия, обработанные таким образом, показали улучшенную долговечность покрытия, чем подобные лезвия (изготовленные обычным образом), которые были обработаны в инфракрасной печи.

Пример 3. Приготавливали и гомогенизировали с помощью ультразвукового диспергатора дисперсию, содержащую 10 вес.% "видакс 1000" (фирмы "Дюпон-де-Немур") в изопропаноле. Способом, описанным в патентах США NN 5142785 и 5232568, на бритвенное лезвие наносили покрытие толщиной 1000 ангстрем из алмазоподобного углерода. Затем электростатическим способом напыляли дисперсию на режущие кромки лезвия. После сушки лезвия укладывали в 6 мм-стопку в СВЧ-резонаторе модели CMPR (товарный знак) 250 из резонаторов MCR 1300 производства фирмы "Вэйвмэт Инк.", г. Плимут, шт. Мичиган. Весь резонатор в течение 5 мин продували азотом. СВЧ-диапазон настраивали таким образом, что электрическое поле, генерируемое микроволнами, было перпендикулярно кромке лезвия. В течение 15 с к лезвиям подводили мощность в 536 Вт для достижения температуры 375^oC (поверхность). Лезвия, обработанные таким образом, показали улучшенные качества лезвий и большую долговечность покрытия, чем подобные лезвия, которые были нагреты в инфракрасной печи.

Способ предназначен для производства бритвенных лезвий с покрытием из полимерного материала, нанесенного на поверхности их режущих кромок. Способ включает в себя использование в качестве камеры с неокислительной атмосферой в ней одномодового резонатора и средства подвода высокочастотной энергии, нанесение полимерного покрытия на кромку лезвия и выдерживания лезвия в указанном резонаторе. Кромку бритвенного лезвия размещают перпендикулярно или параллельно электрическому полю, а одномодовый резонатор настраивают с целью уменьшения до минимума мощности отраженной волны. 14 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления бритвенного лезвия с покрытием из полимерного материала на поверхности его режущей кромки, включающий в себя стадии использования камеры с неокислительной атмосферой в ней и средства подвода высокочастотной энергии; нанесения полимерного покрытия на кромку лезвия и выдерживания лезвия в указанном резонаторе для повышения температуры покрытой поверхности кромки лезвия и расплавления полимерного материала посредством тепла, создаваемого высокочастотной энергией, отличающийся тем, что в качестве камеры используют одномодовый резонатор, а кромку бритвенного лезвия размещают перпендикулярно или параллельно электрическому полю, а одномодовый резонатор настраивают с целью уменьшения до минимума мощности отраженной волны. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что с помощью средства для подвода высокочастотной энергии подводят СВЧ-энергию с частотой от около 300 МГц до около 30 ГГц. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что камеру используют при поперечном электрическом типе колебаний 112. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что полимерный материал выбирают из группы, состоящей из фторуглеродных полимеров, полимеров на основе кремния или их смесей. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала используют полимер тетрафторэтилена. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что температура покрытой поверхности кромки не превышает 430^oC. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что нанесение полимерного покрытия на кромку лезвия осуществляют путем окунания или напыления на кромку лезвия покрытия из полимерного материала, диспергированного в растворителе. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что растворитель выбирают из группы, состоящей из воды, летучих органических растворителей, фторуглеродных растворителей или их смешивающихся сочетаний. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что дисперсию осуществляют электростатическим напылением на поверхность кромки. 10. Способ по п.8, отличающийся тем, что СВЧ-энергия имеет частоту около 2,45 ГГц. 11. Способ по п.8, отличающийся тем, что дисперсию подогревают перед нанесением ее на кромку лезвия. 12. Способ по п.8, отличающийся тем, что перед выдерживанием лезвия в резонаторе бритвенное лезвие охлаждают до температуры от 5 до 20^oC. 13. Способ по п.8, отличающийся тем, что во время выдерживания лезвия в резонаторе бритвенное лезвие охлаждают до температуры от 5 до 20^oC. 14. Способ по п. 8, отличающийся тем, что после стадии выдерживания лезвия в резонаторе бритвенное лезвие охлаждают до температуры от 5 до 20^oC. 15. Способ по п.8, отличающийся тем, что бритвенное лезвие располагают таким образом, чтобы в магнитное поле проникала только режущая кромка бритвенного лезвия.