СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ИЗ ПЕРВИЧНОГО И/ИЛИ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ Российский патент 2001 года по МПК B29B17/00 

Изобретение относится к технологиям получения различных материалов с использованием первичного и/или вторичного сырья.

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известен способ получения материалов с магнитострикционными компонентами в сростках рудной и нерудной фаз, включающий воздействие на него переменным магнитным полем и механической нагрузкой, согласно которому воздействие магнитным полем осуществляют в диапазоне звуковых частот с напряженностью в области проявления магнитострикционного эффекта, после чего без задержки во времени воздействуют механической нагрузкой, см. патент Российской Федерации N 1811421, B 02 C 19/18.

Недостатками данного способа является отсутствие возможности получения материала с высокими физико-химическими характеристиками.

Известен способ получения материала из вторичного сырья путем комплексной переработки отбросных покрышек резиновых шин, согласно которому обрезают беговую и боковую части покрышки с последующей переработкой резинового материала без примеси текстиля и стали в резиновую крошку, которую затем используют, а оставшуюся часть покрышки сжигают или ликвидируют пиролизом, см. патент ЧСФР N 251436, B 29 C 17/00.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано за прототип настоящего изобретения.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является то, что при дезинтеграции покрышки ее материал максимально травмируется, в результате чего поверхность полученной резиновой крошки пронизана силовыми линиями поля травмированности и сказывается эффект Ребиндера, т.е. эффект адсорбционного понижения прочности, облегчение деформации и разрушения твердых тел вследствие обратимого физико-химического воздействия среды. Форма и степень проявления эффекта Ребиндера зависят от интенсивности межатомных взаимодействий соприкасающихся фаз, величины и типа напряжений, скорости деформации, температуры. Существенную роль играет реальная структура тела - наличие дислокаций, трещин, посторонних включений. Характерная форма проявления эффекта Ребиндера - многократное падение прочности, разрушение твердого тела с поверхности.

Термодинамически эффект Ребиндера обусловлен уменьшением работы образования новой поверхности при деформации в результате понижения свободной поверхностной энергии твердого тела под влиянием суммарного количества поверхностных дефектов (предыдущая обработка, воздействие сред и т.п.). Травмированный материал своей предысторией изготовления, природой полимеризации или кристаллизации представляет собой напряженные структуры с большим количеством концентраторов напряжений, что определяет пониженную прочность материала на 2-3 порядка по сравнению с идеализированной структурой.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания материала из первичного и/или вторичного сырья с компенсацией проявлений эффекта Ребиндера путем залечивания поверхности в разной степени травмированного материала и вывода структурных единиц получаемого материала из области концентраторов напряжений в сплошной массив с достижением высоких физико-химических характеристик.

Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению способ получения материала с использованием эластомерного первичного и/или вторичного сырья характеризуется тем, что осуществляют предварительную обработку данного первичного и/или вторичного сырья, приготавливают раствор или расплав эластомерного нетравмированного материала той же природы до степени вязкости, достаточной для того, чтобы величина получаемых при этом структурных единиц нетравмированного материала была соизмерима с размером имеющихся поверхностных дефектов залечивания материала, после чего осуществляют залечивание травмированного материала для компенсации эффекта Ребиндера в части повышенной травмированности материала, которое осуществляют путем совместной обработки предварительно подготовленного первичного и/или вторичного сырья и раствора или расплава нетравмированного материала в условиях, обеспечивающих максимально возможный контакт и смачивание обрабатываемых сред и диффузию нетравмированного материала в дефекты поверхности травмированного материала в местах проявления эффекта Ребиндера в силовых полях; что предварительную обработку первичного и/или вторичного сырья производят путем его дезинтеграции, в том числе ультразвуком, до получения мелких структурных единиц, при этом степень травмированности и размер дезинтегрированных структурных единиц определяют из условий дальнейшего использования получаемого материала;
что дезинтеграцию проводят при динамике, обеспечивающей минимальную травмированность дезинтегрируемого материала;
что дезинтеграцию проводят при динамике, обеспечивающей максимальную травмированность дезинтегрируемого материала;
что предварительно перед залечиванием поверхности травмированного материала осуществляют подготовку материала к залечиванию путем сушки и/или удаления жировых пленок вакуумирования с дополнительной обработкой, например, термической обработкой;
что совместную обработку эластомерного первичного и/или вторичного сырья и раствора или расплава нетравмированного материала проводят в акустических полях, в том числе ультразвуковых, электромагнитных, гравитационных и инерционных.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме этого, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения, а именно:
- предварительную обработку первичного и/или вторичного сырья производят путем его дезинтеграции, в том числе ультразвуком, до получения мелких структурных единиц, при этом степень травмированности и размер дезинтегрированных структурных единиц определяют из условий дальнейшего использования получаемого материала,
- дезинтеграцию проводят при динамике, обеспечивающей минимальную травмированность дезинтегрируемого материала,
- дезинтеграцию проводят при динамике, обеспечивающей максимальную травмированность дезинтегрируемого материала,
- приготавливают раствор или расплав нетравмированного материала той же природы и/или материала иной природы с заранее заданными характеристиками,
- предварительно перед залечиванием поверхности травмированного материала осуществляют подготовку материала к залечиванию путем сушки и/или удаления жировых пленок путем вакуумирования с дополнительной обработкой, например, термической обработкой,
- совместную обработку первичного и/или вторичного сырья и раствора или расплава нетравмированного материала проводят в условиях, обеспечивающих максимально возможный контакт и смачивание обрабатываемых сред и диффузию нетравмированного материала в дефекты поверхности травмированного материала в местах проявления эффекта Ребиндера в силовых полях, например, в акустических полях, в том числе ультразвуковых, электромагнитных, гравитационных и инерционных.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта.

В предложенном техническом решении достигается компенсация проявлений эффекта Ребиндера в части повышенной травмированности материала путем залечивания травмированного материала и достижение высоких физико-химических характеристик.

Заявителем не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Заявленный способ реализуют следующим образом.

Предварительную обработку первичного и/или вторичного сырья производят путем его дезинтеграции, в том числе ультразвуком, до получения мелких структурных единиц, при этом степень травмированности и размер дезинтегрированных структурных единиц определяют из условий дальнейшего использования получаемого материала. Дезинтеграцию проводят при динамике, обеспечивающей минимальную травмированность дезинтегрируемого материала, либо наоборот, дезинтеграцию проводят при динамике, обеспечивающей максимальную травмированность, минимальная травмированность необходима в случаях дальнейшего использования получаемого данным способом материала в качестве армирующего компонента, например, в эластомерах. В этом случае, при совместной вулканизации новой смеси и полученного заявленным способом армирующего материала, проявляется эффект вторичной вулканизации. При этом арматура той же природы, что и вулканизат, станет прочной, но не эластичной, что и требуется. Динамичность процесса дезинтеграции определяется также отсутствием или минимальным количеством золь-фракций.

Если же ставится задача получения материала для производства эластомеров с последующей вулканизацией, то необходима наоборот максимальная степень травмированности дезинтегрируемого материала с разрушением дальних, например, серных связей.

Предварительно перед залечиванием поверхности травмированного материала может быть осуществлена подготовка материала к залечиванию путем сушки и/или удаления жировых пленок путем вакуумирования с дополнительной обработкой, например, термической обработкой.

Затем приготавливают раствор или расплав нетравмированного материала той же структуры и/или материала иной природы с заранее заданными характеристиками. Под нетравмированными материалами понимаются материалы, не бывшие в эксплуатации, обработке, кроме технологической обработки при их получении, т. е. материалы, не испытавшие никаких нагрузок и не накопившие усталостных изменений структуры. Раствор или расплав нетравмированного материала готовят до степени вязкости, достаточной для того, чтобы величина получаемых при этом структурных единиц нетравмированного материала была соразмерима с размером имеющихся поверхностных дефектов залечивания материала и достаточной для того, чтобы любыми способами они могли быть доведены до подложки, т.е. поверхности залечиваемого материала. При одинаковой природе сырья и раствора нетравмированного материала растворитель воздействует также и на сырье и подготавливает его к процессу залечивания поверхности, что облегчает и улучшает условия проведения совместной обработки. При необходимости растворитель может содержать специальные компоненты, в том числе поверхностно-активные вещества, которые активно воздействуют на подложку, подготавливая ее к процессу залечивания. Количество добавляемого нетравмированного материала выбирают в широких пределах и зависит от нормы качества конечного продукта.

Последующая совместная обработка обеспечивает укрытие поверхностных дефектов и диффузию структурных единиц нетравмированного материала, как межкристаллитную диффузию или диффузию по границам надмолекулярных структур, так и диффузию в тело. Методы совместной обработки и ее интенсивность выбирают из условия обеспечения требуемой нормы качества конечного продукта. Совместную обработку первичного и/или вторичного сырья и раствора или расплава нетравмированного материала следует проводить в условиях, обеспечивающих максимально возможный контакт и смачивание обрабатываемых сред и диффузию нетравмированного материала в дефекты поверхности травмированного материала в местах проявления эффекта Ребиндера в силовых полях, например, в акустических полях, в том числе ультразвуковых, электромагнитных, гравитационных и инерционных.

При дальнейшем использовании получаемого заявленным способом материала путем совместной обработки с другими материалами (вулканизация, кристаллизация, полимеризация и т.д.) структурные единицы нетравмированного материала являются задающими для структуры окрестных зон материала.

Предложенный способ может быть реализован промышленным образом с использованием известных технологий и технологических средств, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию "промышленная применимость".

Приводим пример практической реализации заявленного способа.

В качестве сырья для получения регенерата резины были использованы старые автомобильные покрышки.

Предварительная обработка сырья заключалась в динамической рубке покрышек с получением штапиков размером 0,5х0,5х40 мм. После удаления металлического корда штапики были продавлены сквозь фильеру с размером отверстий 100 мкм с использованием ультразвука.

Затем был приготовлен раствор нетравмированного материала путем растворения натурального каучука (15 вес.%) в бензине "калоша".

Совместную обработку подготовленного сырья и раствора натурального каучука осуществляют путем предварительного вакуумирования с сушкой и дальнейшей пропиткой под давлением 2 ат.изб с воздействием ультразвуком при плотности энергии 10-20 Вт/см².

В результате был получен регенерат резины с физико- механическими характеристиками, соответствующими изопреновому каучуку.

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогично назначения обеспечивает следующие преимущества:
1). За счет компенсации нежелательных проявлений эффекта Ребиндера появляется возможность получить новый материал с заранее заданной нормой качества, отвечающий требованиям для его использования при создании различных материалов, преимущественно, эластомеров.

2). Расширяются функциональные возможности способа, т.к. появляется экономически эффективная возможность утилизации бросового и экологически вредного сырья и получения из вторичного сырья дорогостоящих материалов с физико-механическими характеристиками не ниже, чем у материалов, полученных из первичного сырья.

3). Решение экологических программ утилизации вторичного сырья.

Способ получения материала с использованием эластомерного первичного и/или вторичного сырья характеризуется тем, что осуществляют предварительную обработку данного первичного и/или вторичного сырья. Затем приготавливают раствор или расплав эластомерного нетравмированного материала той же природы до степени вязкости, достаточной для того, чтобы величина получаемых при этом структурных единиц нетравмированного материала была соизмерима с размером имеющихся поверхностных дефектов залечиваемого материала. Далее осуществляют залечивание травмированного материала для компенсации эффекта Ребиндера в части повышенной травмированности материала, которое осуществляют путем совместной обработки предварительно подготовленного первичного и/или вторичного сырья и раствора или расплава нетравмированного материала в условиях, обеспечивающих максимально возможный контакт и смачивание обрабатываемых сред и диффузию нетравмированного материала в дефекты поверхности травмированного материала в местах проявления эффекта Ребиндера в силовых полях. Данное изобретение решает задачу по созданию материала из первичного и/или вторичного сырья с компенсацией проявлений эффекта Ребиндера путем залечивания поверхности в разной степени травмированного материала и вывода структурных единиц получаемого материала из области концентратов напряжений в сплошной массив с достижением высоких физико-химических характеристик. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ получения материала с использованием эластомерного первичного и/или вторичного сырья характеризуется тем, что осуществляют предварительную обработку данного первичного и/или вторичного сырья, приготавливают раствор или расплав эластомерного нетравмированного материала той же природы до степени вязкости, достаточной для того, чтобы величина получаемых при этом структурных единиц нетравмированного материала была соизмерима с размером имеющихся поверхностных дефектов залечиваемого материала, после чего осуществляют залечивание травмированного материала для компенсации эффекта Ребиндера в части повышенной травмированности материала, которое осуществляют путем совместной обработки предварительно подготовленного первичного и/или вторичного сырья и раствора или расплава нетравмированного материала в условиях, обеспечивающих максимально возможный контакт и смачивание обрабатываемых сред и диффузию нетравмированного материала в дефекты поверхности травмированного материала в местах проявления эффекта Ребиндера в силовых полях. 2. Способ по п.2, отличающийся тем, что предварительную обработку первичного и/или вторичного сырья производят путем его дезинтеграции, в том числе ультразвуком, до получения мелких структурных единиц, при этом степень травмированности и размер дезинтегрированных структурных единиц определяют из условий дальнейшего использования получаемого материала. 3. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что дезинтеграцию проводят при динамике, обеспечивающей минимальную травмированность дезинтегрируемого материала. 4. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что дезинтеграцию проводят при динамике, обеспечивающей максимальную травмированность дезинтегрируемого материала. 5. Способ по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что предварительно перед залечиванием поверхности травмированного материала осуществляют подготовку материала к залечиванию путем сушки и/или удаления жировых пленок путем вакуумирования с дополнительной обработкой, например, термической обработкой. 6. Способ по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что совместную обработку эластомерного первичного и/или вторичного сырья и раствора или расплава нетравмированного материала проводят в акустических полях, в том числе ультразвуковых, электромагнитных, гравитационных и инерционных.