СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОЛИЭТИЛЕНА Российский патент 1999 года по МПК C08J3/28 C08F8/00 B29C71/04 

Изобретение относится к области химической технологии, преимущественно к технологии изготовления и обработки пластмасс и полимерных материалов, в частности к методам модификации их механических свойств полиэтилена и полиэтиленовых изделий.

Известен способ обработки литого полиэтилена и полиэтиленовой пленки путем воздействия ионизирующей радиации (электроны высоких энергий, γ-кванты). В этом способе прочность на растяжение и прочность на сдвиг увеличиваются в литом полиэтилене, начиная с дозы 2•10⁷ рад, модуль упругости, соответственно, с 6•10⁸ рад, удлинение и ударная вязкость уменьшается с дозы 2•10⁷ рад. В полиэтиленовых пленках изменения механических свойств начинаются при меньших дозах, но и эти дозы превосходят 1•10⁶ рад, а максимальные изменения значений предела прочности на разрыв зависят от толщины пленки и достигаются при дозах (4,4 - 8,7)•10⁶ рад (Радиационная стойкость материалов. Справочник. /Под ред. В.Б. Дубровского. - М.: Атомиздат. - 1973. - с.26.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ воздействия на полиэтилен ионизирующей радиацией в интервале доз, равных или больших 1 Мрад (1•10⁶ рад.). В этом способе прочность при растяжении облученного (до доз 50 и более Мрад) полиэтилена возрастает на 10-50% (Радиационная стойкость материалов радиотехнических конструкций. Справочник / под ред. Н.А. Сидорова, В. К. Князева. - М.: Советское радио. - 1976. - с. 568)
Недостатком известных способов является необходимость использования больших доз ионизирующего излучения для изменения механических свойств, что в свою очередь, требует длительной работы ускорителей электронов или установок γ-излучения. Так, даже при мощности дозы 1•10³ рад/с доза 5•10⁷ рад набирается за 5•10⁴с, т.е. приблизительно за 1,5 часа.

Задача настоящего изобретения является повышение эффективности и экономичности способа целенаправленного изменения механических свойств полиэтилена. Поставленная цель достигается тем, что обработке подвергают пленки полиэтилена, а обработку осуществляют излучением изотопа ⁶⁰Co в интервале экспозиционных доз от 1 до менее 1•10¹ P.

Технический результат настоящего изобретения достигается в том, что появляется возможность значительно увеличить требуемые изменения механических свойств пленок полиэтилена, существенно уменьшив при этом время воздействия, т.е. резко увеличив производительность применяемого оборудования.

Нами экспериментально установлено, что воздействие γ-излучения приводит к существенному изменению механических свойств полиэтилена низкой плотности: на 79% возрастает модуль упругости, на 6% увеличиваются верхний предел текучести и предел прочности. Существенно то обстоятельство, что эти важные в практическом отношении изменения механических свойств достигаются при малых экспозиционных дозах γ-излучения, меньших 1•10⁶ рентген.

Перечень графических изображений.

Фиг. 1. Зависимость нормированных модуля упругости и верхнего предела текучести полиэтилена от экспозиционной дозы γ-излучения.

Фиг. 2. Зависимость нормированных предела прочности и предельной деформации полиэтилена от экспозиционной дозы γ-излучения.

Фиг. 3. Зависимости нормированных предела прочности на растяжение, модуля упругости, верхнего предела текучести и предельной деформации пленок полиэтилена после его вылеживания в природных условиях от величины экспозиционной дозы γ-излучения.

Пример 1. Образцы, изготовленные из полиэтилена высокого давления (ПЭВД) пленочного (толщиной 80 мкм) марки 107-76, были подвергнуты облучению γ-квантами от изотопа ⁶⁰Co в интервале экспозиционных доз 10² - 3•10⁸ рентген. Изменение ряда механических свойств пленок полиэтилена, произошедшее в результате воздействия γ-излучения, измерено нами на разрывной машине WPM-250 (Германия) и представлено в таблице 1 и на фиг. 1 и 2.

Прежде, чем перейти к анализу результатов, отметим, что нами приведены сведения об экспозиционных [3] (падающих) дозах ионизирующего излучения, выраженных в рентгенах, тогда, как в [1, 2] представлены поглощенные дозы ионизирующих излучений, выраженные в радах [3]. Согласно [3], 1 рад - 100 Эрг/г, 1 рентген - 85 Эрг/г. Таким образом, например, 1•10⁶ рад - 1,176•10⁶ рентген, 1•10⁶ рентген - 8,5•10⁵ рад, но только в том случае, если 1 г вещества поглощается вся энергия падающего γ-излучения. Расчет показывает, что в действительности в 1 г полиэтилена поглощается приблизительно 6,5% падающего γ-излучения. Поэтому по порядку величины падающей дозе 1•10⁶ рентген соответствует поглощенная доза ~6,5•10⁴ рад, падающей дозе 10⁷ рентген - ~ 6,5-10⁵ рад и т.д.

Отметим ряд особенностей в ходе кривых (нормированный модуль упругости), (нормированный верхний предел текучести), (нормированный предел прочности на растяжение), (нормированная предельная деформация).

В интервале экспозиционных доз, превышающих 10⁶ рентген, улучшение механических свойств материала не наблюдается. Более того, на большей части интервала наблюдается не повышение механических характеристик, а их уменьшение. Так, нормированный верхний предел текучести превосходит 1,0 лишь в начале интервала, нормированный предел прочности на растяжение всюду меньше единицы (за исключением точки - 10⁸ рентген, где он равен 1,0), нормированная предельная деформация, соответствующая нормированному пределу прочности, всюду меньше единицы. Лишь нормированный модуль упругости всюду больше единицы, достигая наибольших значений на краях указанного интервала. При максимальной дозе падающего γ- излучения, равной 3•10⁸ рентген, резко падает прочность при верхний предел текучести вообще не мог быть измерен, а модуль упругости резко возрастает, т.е. здесь происходит явная деструкция материала.

Напротив, в интервале экспозиционных доз 10² - 10⁶ рентген, происходит улучшение механических свойств полиэтилена. Так, здесь дважды становится больше единицы нормированный верхний предел текучести (при D_γ-10⁴ и 10⁶ рентген), нормированный предел прочности, соответственно, при D_γ-10⁴ рентген, увеличивается нормированная предельная деформация при дозах 10⁴ и 10⁶ рентген. А главное, имеет место резкое увеличение нормированного модуля упругости при минимальной дозе, равной 10² рентген, а при доэах 10⁴ и 10⁶ рентген также наблюдается два менее резко выраженных максимума
Необходимо подчеркнуть, что измерения механических величин при каждой дозе облучения проведены на достаточно большом количестве образцов (от 7 до 10 шт, см. табл. 1). Поэтому достоверность результатов измерений не вызывает сомнений, о чем свидетельствуют значения доверительных интервалов, приведенных в табл. 1, и относительной ошибки измерений, представленные как в табл. 1, так и на фиг. 1 и 2.

Пример 2. Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) пленочный (толщиной 80 мкм) марки 107-76 был подвергнут процессу старения в природных условиях в течение 6 месяцев. Затем образцы, изготовленные из него, были подвергнуты облучению γ-квантами от изотопа ⁶⁰Co в интервале экспозиционных доз 0,1 - 1000 рентген. Изменение ряда механических свойств пленок полиэтилена, происходящее в результате воздействия γ-излучения, измерено нами, как и в примере 1, на разрывной машине WPM-250 и представлено в табл. 2 и на фиг. 3. Каждое приведенное в табл. 2 значение является усреднением измерений на пяти, шести или семи образцах.

За время естественного старения (6 месяцев) все образцы пленки подверглись облучению естественным фоном γ-излучения и получили экспозиционную дозу радиации, которую можно приближенно оценить следующим образом. Допустим, что величина естественного фона составляет ~10 мкР/час. Тогда за 1 сутки экспозиционная доза составит

а за 6 месяцев -
10^-5
Если же величина естественного фона была выше, чем 10 мкР/час, что весьма часто наблюдается на практике, то экспозиционная доза, полученная образцами пленки за полгода, может быть еще ближе к 0,1 P - наименьшей из использованных экспозиционных доз облучения. Поэтому экспозиционная доза, равная 0,1 P принята нами за эталон и все значения механических величин нормированы к их значениям при дозе 0,1 P.

Обращаясь непосредственно к табл. 2 заметим, что значения нормированного верхнего предела текучести нормированного предела прочности на растяжение нормированный предельной деформации достигают максимальных величин при экспозиционной дозе, равной 1 рентген, а значение нормированного модуля упругости ( ) - при дозе, равной 3 рентген, причем его значения при дозе 1 рентген отличается от значения при дозе 3 рентгена меньше, чем на 2%. Поэтому за величину нижнего предела экспозиционных доз облучения мы принимаем экспозиционную дозу, равную 1 рентген.

Изобретение относится к химической технологии, преимущественно к технологии изготовления и обработки пластмасс и полимерных материалов, в частности к методам модификации механических свойств. Полиэтиленовую пленку обрабатывают гамма-излучением изотопа ⁶⁰Со в интервале экспозиционных доз от 1 до менее 1•10⁶ P. В результате такой обработки повышается эффективность и экономичность способа целенаправленного изменения механических свойств полиэтилена. 3 ил., 2 табл.

Способ обработки полиэтилена гамма-излучением, отличающийся тем, что обработке повергают пленки полиэтилена, а обработку осуществляют излучением изотопа ⁶⁰ Co в интервале экспозиционных доз от 1 до менее 1 • 10⁶P.