УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ВЯЗКОТЕКУЧИХ НАПОЛНЕННЫХ ОЛИГОМЕРОВ В СВЧ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ Российский патент 2024 года по МПК H05B6/64 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области обработки полимерных материалов и изделий с помощью СВЧ-энергии, а именно для модификации вязкотекучих, в том числе наполненных олигомеров и может найти широкое применение при изготовлении заливочных компаундов с высокой вязкостью.

Уровень техники.

Известна конструкция камеры для сверхвысокочастотного нагрева диэлектриков (см. патент РФ №130178, МПК Р05В6/64, опубл. 10.07.2013), состоящее из полого резонатора, ограниченного проводящими стенками, коаксиального излучателя СВЧ-энергии, транспортировочного канала в виде отрезка эллиптического волновода, в перовом фокусе которого находится коаксиальный излучатель СВЧ-энергии, а во втором - радиопрозрачная трубка для транспортировки обрабатываемого материала, которая крепится к торцевым стенкам камеры двумя запредельными металлическими трубками.

Недостатком данной камеры является наличие большого количества волноводных поворотов, что приводит к потере КПД всей установки за счет переотражения электромагнитной волны, а так же сложность исполнения конструкции рабочей камеры.

Известен вариант комбинированного устройства на базе двух квазикоаксиальных переходов, когда они соединены последовательно (В.В. Игнатов и др. Влияние электромагнитных полей сверхвысокочастотного диапазона на бактериальную клетку. Изд-во СГУ. 1978. С. 66-67). Подвод энергии в данном устройстве осуществляется от двух автономных источников СВЧ-энергии. В этом случае увеличение производительности достигается увеличением вдвое скорости потока жидкости.

Известен также вариант на базе двух последовательно соединённых устройств с питанием от одного источника СВЧ-энергии (Ю.С. Архангельский, СВЧ электротермия. Саратов. Сарат.гос.техн.ун-т.1998. С. 280).

К основному недостатку этих вариантов относятся значительные габариты устройства, образованного комбинацией двух квазикоаксиальных переходов, а также удорожание за счет питания комбинированного устройства от двух источников. Кроме того, СВЧ-энергия для нагрева объекта подводится к различным участкам трубки, являющимся транспортным каналом, по которой движется объект. За счет этого данные участки объекта обработки будут иметь разную температуру, что негативно влияет на качество технологического процесса термообработки.

Известна установка нетепловой модификации полимеров в СВЧ электромагнитном поле (см. патент РФ № 2702897, МПК H05B6/64, опубл. 14.10.2019), которая содержит рабочую камеру с бегущей волной, выполненную в виде отрезка прямоугольного волновода с защитными шлюзовыми поворотами на его концах, а также с входным и выходным отверстиями в защитных шлюзовых поворотах, пространственно расположенную так, что широкая стенка волноводной секции находится в вертикальном положении, а узкая - в горизонтальном; радиопрозрачную конвейерную ленту, выполненную с возможностью перемещения по поверхности другой натянутой радиопрозрачной ленты, выполняющей функцию направляющей опоры, в средней части внутреннего пространства рабочей камеры.

К недостатку данной конструкции относится невозможность обработки крупногабаритных объектов, низкая производительность, неравномерность распределения напряженности электрического поля и температуры, а так же большие габаритные размеры установки.

Известно устройство для обеззараживания и нагрева жидкостей (см. патент РФ № 2694034, МПК C02F1/30, C02F1/48, H05B6/64, опубл. 08.07.2019), включающее 1 или 2 СВЧ-генератора, прямоугольный волновод с фланцем, оконечное коаксиальное поглощающее устройство, трубку из радиопрозрачного материала. В оконечном коаксиальном поглощающем устройстве установлена трубка, имеющая конусообразную расширяющуюся форму, диаметр d которой на входе в оконечное коаксиальное поглощающее устройство равен 0,06-0,15 длины используемой СВЧ-волны и диаметр D на выходе из оконечного коаксиального поглощающего устройства равен 0,18-0,47 длины этой СВЧ-волны, внутри трубки расположен турбулизатор потока из радиопрозрачного материала, выполненный в виде стержня, жестко закрепленного по продольной оси трубки, на котором зафиксированы диски, имеющие диаметр, равный половине диаметра трубки в месте расположения диска, а на внешних диаметрах дисков турбулизатора размещена спираль из одного или более витков серебряной проволоки.

К основному недостатку известного технического решения, относится то, что данное устройство не позволяет обрабатывать вязкотекучие объекты, в том числе наполненные, за счет подачи жидкости в рабочую камеру снизу. Стоит отметить также, что за счет реализации циркуляционно-проточной технологии данное устройство имеет трудоемкий процесс обработки. В виду того, что присутствует дополнительная стадия нагнетания давления в системе насосом, представленное устройство не может быть использовано для обработки вязкотекучих, в том числе наполненных, объектов.

Раскрытие сущности изобретения.

Техническая проблема заключается в разработке устройства СВЧ - камеры, предназначенной для модификации вязкотекучих, в том числе наполненных олигомеров, с равномерным распределением электромагнитной волны и температуры в объеме объекта обработки.

Технический результат заключается в улучшении физико-механических свойств полимерных материалов.

Технический результат достигается тем, что устройство для модификации вязкотекучих наполненных олигомеров в СВЧ электромагнитном поле, согласно решению, содержит короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода, сквозь который проходит труба для транспортировки обрабатываемого олигомера, служащая центральным проводником коаксиала, при этом часть трубы под волноводом помещена в экран, служащий внешним проводником коаксиала, а часть, проходящая через волновод, в согласующий переход, расположенный на широкой стенке волновода.

Труба для транспортировки обрабатываемого олигомера выполнена из радиопрозрачного материала и с возможностью вращения.

Труба с обрабатываемым олигомером расположена на расстоянии 8,34 см от короткозамкнутой части волновода.

Краткое описание чертежей.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема заявляемого устройства.

Позициями на чертеже обозначено:

1 - отрезок прямоугольного волновода,

2 - короткозамкнутая часть волновода,

3 - труба для транспортировки обрабатываемого материала,

4 - олигомер,

5 - экран,

6 - согласующий переход,

7 - электропривод.

Осуществление изобретения.

Заявляемое устройство содержит отрезок прямоугольного волновода 1 с короткозамкнутой частью 2, через широкую стенку которого проходит радиопрозрачная труба 3 (например, из фторопласта). Труба 3 служит центральным проводником коаксиала. В трубе 3 вдоль ее центральной оси перемещается обрабатываемый материал (олигомер) 4. Труба с обрабатываемым олигомером расположена на расстоянии половины длины электромагнитной волны в волноводе (λ/2 или см) от короткозамкнутой части волновода.

Часть трубы 3 под волноводом помещена в экран 5, служащий внешним проводником коаксиала. Часть трубы проходит через согласующий переход 6 в волноводе. Верхняя часть согласующего перехода 6 расположена внутри волновода на его широкой стенке и находится на одной оси симметрии с трубой 3 (см. чертеж).

Для достижения равномерного распределения напряженности электрического поля и температуры в обрабатываемом материале 4 расчетное расстояние между короткозамкнутой частью волновода 2 и осью симметрии трубы 3 составляет половину длины электромагнитной волны в волноводе. Экран 5 имеет экспоненциальный профиль, а его размеры (длина L, диаметры на входе D₂ и выходе D₁) определяются расчетным путем в зависимости от диэлектрических свойств (относительной диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь) обрабатываемого олигомера.

Для уменьшения влияния изменения диэлектрических свойств в процессе нагрева на равномерность распределения напряженности электрического поля (смещение максимума от оси симметрии трубы 3) и, как следствие, появления неравномерного температурного поля, вращают трубу 4 вместе с обрабатываемым олигомером 3 с помощью электропривода 7.

Устройство работает следующим образом.

Олигомер 4, под действием своей тяжести проходя через фторопластовую трубу 3, служащую центральным проводником коаксиала, подвергается воздействию СВЧ электромагнитной волны, подаваемой через отрезок прямоугольного волновода 1 размером 45мм×90мм×200мм. Для равномерного распределения напряженности СВЧ электрического поля и температуры в объеме обрабатываемого олигомера используется экран 5, который служит внешним проводником коаксиала, согласующий переход 6, короткозамкнутая часть волновода 2 и вращающаяся труба 3, в которой находится олигомер.

Предложенная СВЧ - камера позволяет достичь равномерность распределения напряженности электромагнитного поля и температуры в объеме обрабатываемого вязкотекучего, в том числе наполненного олигомера за счет оптимального расположения фторопластовой трубы с олигомером относительно короткозамкнутой части волновода, экспоненциального профиля и его размеров, рассчитанных для известных диэлектрических свойств олигомера, а также за счет вращения трубы с олигомером в СВЧ-камере.

Использование данной камеры позволяет проводить модификацию вязкотекучих, в том числе наполненных олигомеров, что позволяет улучшить физико-механические свойства полимерного композиционного материала на их основе. В таблице 1 приведены физико-механические свойства полимерных композиционных материалов без СВЧ - обработки и после СВЧ - обработки олигомера. Так, на примере эпоксидного базальтонаполненного олигомера можно отметить возрастание ударной вязкости в 2 раза, разрушающего напряжения при изгибе на 20%.

Таблица 1.

Модификация Ударная вязкость^*,
кДж/м² Разрушающее напряжение при изгибе, МПа Без СВЧ модификации 13 122 После СВЧ модификации 31 152 Примечание: ^* - образцы испытаны без надреза.

Заявляемое устройство имеет высокую производительность и позволяет улучшить комплекс физико-механических свойств полимерных композиционных материалов на основе СВЧ модифицированных олигомеров.

Изобретение относится к области обработки полимерных материалов и изделий с помощью СВЧ-энергии, а именно для модификации вязкотекучих, в том числе наполненных олигомеров, и может найти широкое применение при изготовлении заливочных компаундов с высокой вязкостью. Технический результат - улучшение физико-механических свойств полимерных материалов. Устройство для модификации вязкотекучих наполненных олигомеров в СВЧ электромагнитном поле содержит короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода, сквозь который проходит труба для транспортировки обрабатываемого олигомера, служащая центральным проводником коаксиала, при этом часть трубы под волноводом помещена в экран, служащий внешним проводником коаксиала, а часть, проходящая через волновод, - в согласующий переход, расположенный на широкой стенке волновода. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Устройство для модификации вязкотекучих наполненных олигомеров в СВЧ электромагнитном поле, характеризующееся тем, что содержит короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода, сквозь который проходит труба для транспортировки обрабатываемого олигомера, служащая центральным проводником коаксиала, при этом часть трубы под волноводом помещена в экран, служащий внешним проводником коаксиала, а часть, проходящая через волновод, в согласующий переход, расположенный на широкой стенке волновода.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что труба для транспортировки обрабатываемого олигомера выполнена из радиопрозрачного материала.

3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что труба с обрабатываемым олигомером расположена на расстоянии 8,34 см от короткозамкнутой части волновода.

4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что труба для транспортировки обрабатываемого олигомера выполнена с возможностью вращения.