RU2721511C1 - Method of recovery of elastic-plastic properties of industrial rubber articles by treatment in electromagnetic field - Google Patents
Method of recovery of elastic-plastic properties of industrial rubber articles by treatment in electromagnetic field Download PDFInfo
- Publication number
- RU2721511C1 RU2721511C1 RU2019110007A RU2019110007A RU2721511C1 RU 2721511 C1 RU2721511 C1 RU 2721511C1 RU 2019110007 A RU2019110007 A RU 2019110007A RU 2019110007 A RU2019110007 A RU 2019110007A RU 2721511 C1 RU2721511 C1 RU 2721511C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electromagnetic field
- microwave
- product
- products
- article
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/64—Heating using microwaves
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнологическим процессам модифицирования диэлектрических материалов, а именно к восстановительной обработке резинотехнических изделий, к герметизирующим характеристикам которых предъявляются повышенные требования, и может быть использовано при техническом обслуживании и ремонте оборудования в энергетическом и транспортном машиностроении.The invention relates to electrotechnological processes for the modification of dielectric materials, namely to the recovery processing of rubber products, the sealing characteristics of which are subject to increased requirements, and can be used for maintenance and repair of equipment in power and transport engineering.
В процессе длительного хранения или в процессе эксплуатации резинотехнических изделий происходит старение резины - процесс, который приводит к изменению ее физико-механических свойств: снижению пластичности (герметизирующих характеристик), уменьшению коэффициента относительного удлинения, повышению остаточной деформации, растрескиванию под нагрузкой и т.п.During long-term storage or during the operation of rubber products, rubber ages — a process that leads to a change in its physical and mechanical properties: a decrease in ductility (sealing characteristics), a decrease in the coefficient of elongation, an increase in permanent deformation, cracking under load, etc.
Известны различные способы восстановления свойств резины.Various methods are known for restoring the properties of rubber.
Известен способ переработки изношенных шин и/или резинотехнических изделий и устройство для его осуществления (патент RU №2361731, МПК F23G 5/027). Способ предназначен для переработки изношенных шин и/или резинотехнических изделий, включает автоматическую их загрузку в рабочий объем устройства для проведения пиролиза, пиролиз путем сверхвысокочастотного нагрева, отвод газообразных продуктов, и автоматическую выгрузку твердого остатка.A known method of processing worn tires and / or rubber products and a device for its implementation (patent RU No. 2361731, IPC F23G 5/027). The method is intended for the processing of worn tires and / or rubber products, includes their automatic loading into the working volume of the device for pyrolysis, pyrolysis by microwave heating, removal of gaseous products, and automatic unloading of solid residue.
Способ осуществляют циклично путем автоматической загрузки, пиролиза и выгрузки твердого остатка, при этом пиролиз шин и резинотехнических изделий проводят посредством переработки их в устройстве, обеспечивающем пиролиз в режиме стоячих волн с равномерным распределением СВЧ-поля в рабочем объеме камер пиролиза путем сверхвысокочастотного нагрева с частотой микроволнового излучения 2,45 ГГц в условиях подачи перегретого водяного пара, который подают при достижении температуры в камерах пиролиза 100°С, поддерживая избыточное давление в камерах пиролиза до 5 кПа путем регулирования расхода образующихся газообразных продуктов. Вариант способа отличается тем, что пиролиз изношенных шин в камерах пиролиза проводят поштучно, осуществляя их автоматическую загрузку внутрь камер пиролиза устройства, обеспечивающего режим стоячих волн. При загрузке в рабочий объем одной камеры пиролиза изношенных шин и/или резинотехнических изделий массой 100-800 кг перед началом пиролиза выбирают мощность СВЧ-излучателей из интервала 1,1-1,4 кВт, а процесс ведут в течение 3-5 мин.The method is carried out cyclically by automatic loading, pyrolysis and unloading of solid residue, while the pyrolysis of tires and rubber products is carried out by processing them in a device that provides pyrolysis in the standing wave mode with a uniform distribution of the microwave field in the working volume of the pyrolysis chambers by microwave heating with microwave frequency 2.45 GHz radiation under conditions of supplying superheated water vapor, which is supplied when the temperature in the pyrolysis chambers reaches 100 ° C, maintaining an excess pressure in the pyrolysis chambers of up to 5 kPa by controlling the flow rate of gaseous products formed. A variant of the method is characterized in that the pyrolysis of worn tires in the pyrolysis chambers is carried out individually, by automatically loading them into the pyrolysis chambers of the device providing the standing wave mode. When worn tires and / or rubber products weighing 100-800 kg are loaded into the working volume of one pyrolysis chamber, before the start of pyrolysis, the power of microwave emitters is selected from the interval 1.1-1.4 kW, and the process is carried out for 3-5 minutes.
Основным недостатком способа является полная деструкция резинотехнических изделий вследствие СВЧ диэлектрического нагрева, что не позволяет его использовать для восстановления их герметизирующей способности. При указанных уровнях мощности СВЧ излучения происходит интенсивный разогрев объема изделия с разрывом механических и химических связей, разложение материала с образованием газообразных продуктов и твердого остатка.The main disadvantage of this method is the complete destruction of rubber products due to microwave dielectric heating, which does not allow it to be used to restore their sealing ability. At the indicated microwave power levels, the product volume is intensely heated to break the mechanical and chemical bonds, the material decomposes to form gaseous products and a solid residue.
Известен также способ изготовления резиновых изделий (патент SU №1813047, МПК В29С 35/08, B29D 22/00, 31/00, опубликован 30.04.1993 г., Бюлл. №16). Способ используется при вулканизации резинотехнических изделий в процессе их изготовления. Согласно данному способу с целью повышения морозостойкости резиновых уплотнений процесс вулканизации проводят в две стадии. Сначала в течение 5-7 минут проводят предварительную вулканизацию при стандартной температуре, затем проводят вулканизацию в СВЧ электромагнитном поле в течение 2-4 минут. В процессе СВЧ обработки уплотнения устанавливают на латунном держателе коаксиального типа, после установки уплотнений торцы держателя закрывают диэлектрическими дисками и помещают его в СВЧ камеру технологической установки. В результате данного способа вулканизации остаточная деформация уплотнений после нахождения при температуре от -45°С до -50°С уменьшается почти на 30%. Недостатками способа являются следующие.There is also known a method of manufacturing rubber products (patent SU No. 1813047, IPC B29C 35/08, B29D 22/00, 31/00, published April 30, 1993, Bull. No. 16). The method is used in the vulcanization of rubber products in the manufacturing process. According to this method, in order to increase the frost resistance of rubber seals, the vulcanization process is carried out in two stages. First, preliminary vulcanization is carried out for 5-7 minutes at standard temperature, then vulcanization is carried out in a microwave electromagnetic field for 2-4 minutes. In the process of microwave processing, seals are mounted on a brass coaxial type holder, after installing the seals, the ends of the holder are closed with dielectric disks and placed in the microwave chamber of the technological installation. As a result of this method of vulcanization, the residual deformation of the seals after being at a temperature of from -45 ° C to -50 ° C is reduced by almost 30%. The disadvantages of the method are as follows.
Способ осуществляется в технологическом цикле изготовления резинотехнических изделий и не предназначен для применения к уже готовым изделиям, а также к изделиям, бывшим в эксплуатации, в условиях, эксплуатирующих данные изделия предприятий.The method is carried out in the technological cycle of manufacturing rubber products and is not intended to be applied to finished products, as well as to products that were in use, in the conditions operating these products of enterprises.
Способ не является универсальным и не позволяет обрабатывать изделия различного размера, поскольку согласно описанию, они должны размещаться в коаксиальном держателе с натягом.The method is not universal and does not allow to process products of various sizes, because according to the description, they must be placed in a coaxial holder with an interference fit.
Способ не позволяет обрабатывать крупногабаритные изделия размерами 1000 мм и более, поскольку предполагает применение технологической СВЧ камеры, при больших размерах которой распределение плотности потока энергии электромагнитного поля вследствие переотражения от стенок является крайне неравномерным, что вызовет неравномерность воздействия поля и неравномерность физико-механических характеристик по объему изделия. Применение нескольких излучающих рупоров не решает проблему, поскольку потребует согласование диаграмм направленности и также не обеспечит равномерного распределения поля по объему изделия.The method does not allow to process large-sized products with dimensions of 1000 mm or more, since it involves the use of a technological microwave camera, with large sizes of which the distribution of the energy flux density of the electromagnetic field due to re-reflection from the walls is extremely uneven, which will cause uneven field effects and uneven physical and mechanical characteristics in volume products. The use of several radiating horns does not solve the problem, since it will require coordination of radiation patterns and also will not ensure uniform distribution of the field over the volume of the product.
Таким образом, данный способ не может быть использован для восстановления физико-механических характеристик уплотнительных элементов после их эксплуатации.Thus, this method cannot be used to restore the physico-mechanical characteristics of the sealing elements after their operation.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ и устройство регулируемой непиролитической восстановительной обработки органических материалов (патент RU №2106248, МПК В29В 17/00, Н05В 6/64). Данное изобретение относится к восстановительной обработке органических материалов с использованием СВЧ-излучения, например, при извлечении нефти из нефтяных сланцев или при обработке отходов. Способ включает в себя подачу органических материалов в микроволновую камеру, в которой генерируют микроволновое излучение, обработку микроволновым излучением органического материала и удаление обработанного органического материала из камеры. При осуществлении способа микроволновое излучение генерируют в камере посредством подключенных к антенной решетке генераторов с последующей передачей генерированного излучения к отражателям, фокусирующим излучение по заданной диаграмме направленности, отражатели располагают таким образом, что они обеспечивают равномерное распределение излучения в камере, причем степень воздействия излучения на органический материал в камере регулируют, а подачу и удаление органического материала производят непрерывно. Для формирования диаграммы направленности используют параболические отражатели, причем формируют круговую диаграмму направленности. Обработку органического материала проводят в последовательно установленных микроволновых камерах. Положение антенны относительно отражателей регулируют. Способ и устройство по данному изобретению могут быть применимы для почти неограниченного диапазона органических материалов. Считается, что воздействие СВЧ-излучения приводит к разделению слабых материальных связей в длинноцепных молекулах, что способствует восстановлению этих молекул в более простые формы. По существу, это процесс деполимеризации. Процесс контролируется во избежание пиролиза органического материала. Т.е. данный процесс не является процессом термического разложения или сжигания материала.The closest analogue to the claimed invention is a method and device for controlled non-pyrolytic reduction processing of organic materials (patent RU No. 2106248, IPC B29B 17/00, HB05/64). This invention relates to the recovery treatment of organic materials using microwave radiation, for example, in the extraction of oil from oil shales or in waste treatment. The method includes supplying organic materials to the microwave chamber, in which microwave radiation is generated, microwave processing of the organic material and removal of the treated organic material from the chamber. When implementing the method, microwave radiation is generated in the chamber by means of generators connected to the antenna array, followed by transmission of the generated radiation to the reflectors focusing the radiation according to a given radiation pattern, the reflectors are positioned so that they provide a uniform distribution of radiation in the chamber, and the degree of radiation exposure to organic material the chamber is regulated, and the supply and removal of organic material is carried out continuously. Parabolic reflectors are used to form the radiation pattern, and a circular radiation pattern is formed. The processing of organic material is carried out in series mounted microwave chambers. The position of the antenna relative to the reflectors is regulated. The method and apparatus of this invention may be applicable to an almost unlimited range of organic materials. It is believed that the action of microwave radiation leads to the separation of weak material bonds in long chain molecules, which contributes to the restoration of these molecules in simpler forms. This is essentially a depolymerization process. The process is controlled to avoid pyrolysis of the organic material. Those. this process is not a process of thermal decomposition or burning of material.
Недостатками способа является следующее. Установленные технологические режимы приводят к нетепловой деструкции материала с выделением из него легко утилизируемых компонентов. Процесс может быть реализован в установке, содержащей специальную микроволновую камеру, что не позволяет обрабатывать крупногабаритные изделия типа уплотнительных колец соединений магистральных трубопроводов и изделия сложной формы вследствие неравномерного распределения напряженности СВЧ электромагнитного поля в камере из-за переотражения излучения от ее стенок. Вследствие указанной причины отдельные зоны крупногабаритного изделия оказываются подвергнутыми воздействию излучения различной интенсивности. Вследствие указанных причин: деструктивные изменения и неравномерность воздействия способ и устройство не могут быть использованы для обработки резинотехнических изделий с целью восстановления бывших в эксплуатации и потерявших требуемые механические характеристики изделий, особенно уплотнительных колец большого диаметра и изделий сложной формы.The disadvantages of the method are as follows. The established technological conditions lead to non-thermal destruction of the material with the release of easily recyclable components from it. The process can be implemented in an installation containing a special microwave chamber, which does not allow to process large-sized products such as o-rings of trunk pipelines and complex-shaped products due to the uneven distribution of microwave electromagnetic field strength in the chamber due to re-reflection of radiation from its walls. Due to this reason, individual zones of a large-sized product are exposed to radiation of various intensities. Due to these reasons: the destructive changes and the uneven effect of the method and device cannot be used for processing rubber products in order to restore the products that were in use and lost the required mechanical characteristics, especially o-rings of large diameter and complex-shaped products.
Технический результат настоящего изобретения выражается в повышении долговечности и износостойкости новых уплотнительных элементов оборудования, и восстановлении упругопластических свойств уплотнительных элементов оборудования после периода эксплуатации путем кратковременной обработки в СВЧ электромагнитном поле, например, резины 2-3 группы по ГОСТ 18829-73.The technical result of the present invention is expressed in increasing the durability and wear resistance of new sealing elements of the equipment, and restoring the elastoplastic properties of the sealing elements of the equipment after a period of operation by short-term processing in a microwave electromagnetic field, for example, rubber from group 2-3 according to GOST 18829-73.
Поставленный технический результат достигается тем, что в известном способе регулируемой непиролитической обработки органических материалов, заключающемся в подаче изделий в рабочую зону, в которой генерируют СВЧ электромагнитное поле, обработку СВЧ электромагнитным полем изделия и удаление обработанного изделия из рабочей зоны, при котором СВЧ электромагнитное поле генерируют посредством излучателей в виде рупорных антенн, причем степень воздействия электромагнитного поля на изделие регулируют, при обработке изделий с различной высотой профиля поперечного сечения (толщиной) излучающую рупорную антенну управляемо перемещают на расстояние от внешней поверхности изделия, при котором плотность потока энергии СВЧ электромагнитного поля составляет (17-17,5)×104 мкВт/см2, выдерживают изделие под воздействием СВЧ электромагнитного поля в течение 2-2,5 минут, затем перемещают изделие, если его размеры превышают размеры излучающей рупорной антенны в плоскости раскрыва, так, чтобы в зоне воздействия СВЧ электромагнитного поля оказался следующий участок изделия, и не возникало их перекрытия.The technical result is achieved by the fact that in the known method of controlled non-pyrolytic processing of organic materials, which consists in supplying products to a working area in which a microwave electromagnetic field is generated, processing a microwave product in an electromagnetic field and removing the processed product from a working area in which a microwave electromagnetic field is generated by means of emitters in the form of horn antennas, and the degree of influence of the electromagnetic field on the product is regulated, when processing products with different cross-sectional heights (thickness), the radiating horn antenna is controllably moved to a distance from the external surface of the product at which the microwave energy flux density of the electromagnetic field is 17-17.5) × 10 4 μW / cm 2 , withstand the product under the influence of the microwave electromagnetic field for 2-2.5 minutes, then move the product if its dimensions exceed the dimensions of the radiating horn antenna in the aperture plane, so that in air zone The action of the microwave electromagnetic field turned out to be the next section of the product, and their overlap did not occur.
Технический результат заявляемого решения заключается в значимом восстановлении основных механических свойств бывших в эксплуатации уплотнительных элементов до уровня, максимально приближенного к параметрам новых изделий. В результате снижаются затраты на замену вышедших из строя уплотнительных элементов, новыми.The technical result of the proposed solution is to significantly restore the basic mechanical properties of the previously used sealing elements to a level as close as possible to the parameters of new products. As a result, the cost of replacing failed sealing elements with new ones is reduced.
Физической основой данного технического результата можно считать следующее. После определенного цикла наработки в процессе эксплуатации материал уплотнительных элементов становится морщинистым, поверхность - рельефной, иногда появляются многочисленные глубокие трещины, разделяющие структуру на фрагменты. Эти дефекты являются следствием высыхания и деструкции каучуковой матрицы, что с одной стороны приводит к снижению податливости (материал становится твердым и мало деформируемым), а с другой стороны приводит к снижению прочности уплотнения, и может привести к его разрушению. Материал, подвергнутый воздействию СВЧ электромагнитного поля, имеет существенно измененную структуру. Во всех случаях практически не проявляются трещины и разрывы, материал приобретает вид, сходный с исходным. То есть можно говорить о «залечивании» дефектов. Механизм данного явления может заключаться в восстановлении длинных молекул синтетического каучука, образовании новых связей и перераспределении матрицы под действием поляризации диполей молекул и их новой ориентации. В результате материал становится более эластичным.The physical basis of this technical result can be considered the following. After a certain operating time during operation, the material of the sealing elements becomes wrinkled, the surface becomes embossed, sometimes numerous deep cracks appear, dividing the structure into fragments. These defects are the result of drying and destruction of the rubber matrix, which on the one hand leads to a decrease in ductility (the material becomes hard and slightly deformable), and on the other hand leads to a decrease in the strength of the seal, and can lead to its destruction. The material exposed to the microwave electromagnetic field has a significantly altered structure. In all cases, cracks and tears practically do not appear, the material takes on a form similar to the original one. That is, we can talk about the "healing" of defects. The mechanism of this phenomenon may consist in the restoration of long synthetic rubber molecules, the formation of new bonds and the redistribution of the matrix under the influence of the polarization of the dipoles of the molecules and their new orientation. As a result, the material becomes more elastic.
Реализация способа представлена на фиг. 1. Полученные экспериментальные результаты представлены на фиг. 2. На фиг. 2 показан график зависимости податливости образцов изделий, обработанных при различной плотности потока энергии СВЧ электромагнитного поля.The implementation of the method is presented in FIG. 1. The obtained experimental results are presented in FIG. 2. In FIG. Figure 2 shows a plot of the compliance of product samples processed at different microwave energy flux densities.
На фиг. 1 обозначено: 1 - обрабатываемое изделие, 2 - излучающая СВЧ электромагнитное поле рупорная антенна, 3 - генератор СВЧ электромагнитного поля, 4 - шаговый привод вращения изделия, 5 -приемник СВЧ электромагнитного поля, 6 - балластная нагрузка, 7 -магнетрон, 8 - планшайба привода. На фиг.2 обозначено: 9 - график изменения податливости образца обрабатываемого изделия (обработанного с вращением), 10 - график изменения податливости образца обрабатываемого изделия (обработанного с переустановкой), К - контрольный (необработанный) образец изделия, X - податливость, λ - плотность потока энергии.In FIG. 1 is indicated: 1 - workpiece, 2 - horn antenna emitting a microwave electromagnetic field, 3 - microwave electromagnetic field generator, 4 - step rotation drive of the product, 5 - microwave electromagnetic field receiver, 6 - ballast load, 7 - magnetron, 8 - faceplate drive. Figure 2 indicates: 9 is a graph of the change in compliance of a sample of a workpiece (processed with rotation), 10 is a graph of a change in compliance of a sample of a workpiece (processed with reinstallation), K is a control (untreated) product sample, X is ductility, λ is density energy flow.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Обрабатываемое изделие подают в рабочую зону, в которой генерируют СВЧ электромагнитное поле.The processed product is fed into the working area in which a microwave electromagnetic field is generated.
Обработку СВЧ электромагнитным полем осуществляют на микроволновой установке с источником излучения выходной мощностью 1000-1200 Вт и частотой 2450 МГц. Источником излучения служит излучающая СВЧ электромагнитное поле рупорная антенна с прямоугольным профилем поперечного сечения. Расстояние от плоскости излучающей СВЧ электромагнитное поле рупорной антенны до внешней поверхности обрабатываемого изделия регулируется в пределах от 0 до 250 мм.Microwave processing by an electromagnetic field is carried out on a microwave installation with a radiation source with an output power of 1000-1200 W and a frequency of 2450 MHz. The radiation source is a horn antenna emitting a microwave electromagnetic field with a rectangular cross-sectional profile. The distance from the plane of the microwave emitting electromagnetic field of the horn antenna to the outer surface of the workpiece is adjustable from 0 to 250 mm.
При обработке крупногабаритных изделий устанавливают обрабатываемое изделие (1), на планшайбу привода (4) так, что его сегмент оказывается между излучающей СВЧ электромагнитное поле рупорной антенной (2) и приемником СВЧ электромагнитного поля (5) на расстоянии 200 мм от плоскости, соответственно излучающей СВЧ электромагнитное поле рупорной антенной и приемником СВЧ электромагнитного поля. Включают генератор СВЧ электромагнитного поля (3) и устанавливают время воздействия 2,0-2,5 минуты, чтобы при установленной дистанции поглощаемая изделием плотность потока энергии, равная (17-17,5)×104 мкВт/см2 не приводила к разогреву более, чем до (40-45)°С. Излишняя мощность не поглощенного изделием СВЧ электромагнитного поля отводится через приемник СВЧ электромагнитного поля (5) в балластную нагрузку (выполненную, например, в виде емкости с водой) (6). Через установленное время включают шаговый привод вращения изделия (4), поворачивающий его на угол, обеспечивающий попадание в плоскость раскрыва излучающей СВЧ электромагнитное поле рупорной антенны следующего сегмента в зависимости от габаритных размеров обрабатываемого изделия и останавливают вращение. Угловую точность поворота выдерживают такой, чтобы какая-либо часть предыдущего участка изделия не оказалась в зоне воздействия СВЧ электромагнитного поля повторно. В то же время необходимо обеспечить отсутствие промежутков между обработанными участками изделия, которые могут оказаться необработанными. Для выполнения этого условия определяют величину угла из известного тригонометрического соотношения:When processing large-sized products, the workpiece (1) is installed on the drive plate (4) so that its segment is between the radiating microwave electromagnetic field horn antenna (2) and the microwave receiver of the electromagnetic field (5) at a distance of 200 mm from the plane emitting A microwave electromagnetic field with a horn antenna and a microwave receiver. Turn on the microwave electromagnetic field generator (3) and set the exposure time to 2.0-2.5 minutes, so that at a set distance absorbed by the product, the energy flux density equal to (17-17.5) × 10 4 μW / cm 2 does not lead to heating more than up to (40-45) ° С. Excess power of the microwave field not absorbed by the product is transferred through the microwave receiver (5) to the ballast load (made, for example, in the form of a container with water) (6). After a set time, a step-by-step drive for rotating the product (4) is turned on, turning it by an angle, ensuring that the horn antenna of the next segment, which emits the microwave electromagnetic field, gets into the aperture plane, depending on the dimensions of the workpiece, and stops rotation. The angular accuracy of rotation is maintained so that any part of the previous section of the product does not appear in the zone of influence of the microwave electromagnetic field again. At the same time, it is necessary to ensure that there are no gaps between the treated areas of the product, which may be unprocessed. To fulfill this condition, determine the angle from a known trigonometric relationship:
Н=D Sin(α/2),H = D Sin (α / 2),
где Н- длина вертикальной стороны излучающей рупорной антенны, мм;where H is the length of the vertical side of the radiating horn antenna, mm;
D - средний диаметр изделия, мм;D is the average diameter of the product, mm;
α - угол поворота изделия, град.α is the angle of rotation of the product, deg.
После истечения требуемого времени воздействия цикл повторяют. Таким образом, производят обработку всей поверхности обрабатываемого изделия. Затем осуществляют удаление обработанного изделия из рабочей зоны.After the expiration of the required exposure time, the cycle is repeated. Thus, they process the entire surface of the workpiece. Then carry out the removal of the processed product from the working area.
При обработке малогабаритных изделий на планшайбе закрепляют обрабатываемые изделия и осуществляют одновременную обработку количества изделий, определяемого их размерами и возможностью размещения в плоскости раскрыва излучающей СВЧ электромагнитное поле рупорной антенны. При необходимости после обработки одной части изделий планшайбу поворачивают, вводя в рабочую зону новую партию.When processing small-sized products on the faceplate, the processed products are fixed and the number of products is determined simultaneously, determined by their size and the possibility of placing the horn antenna in the aperture plane of the microwave radiating microwave field. If necessary, after processing one part of the product, the faceplate is rotated, introducing a new batch into the working area.
Пример реализации способа.An example implementation of the method.
В экспериментах по отработке способа использовали микроволновую установку «Жук-2-02» (ООО «АгроЭкоТех», г. Обнинск, Калужской обл.), доработанную путем установки стола, перемещающегося в плоскости, параллельной плоскости излучающей рупорной антенны в вертикальном и горизонтальном направлении. Также стол имеет возможность приближаться и удаляться от плоскости раскрыва. На рабочей панели стола из диэлектрического материала (полипропилен РР) установлен механизм вращения образцов изделий.In experiments on the development of the method, a Zhuk-2-02 microwave unit was used (AgroEcoTech LLC, Obninsk, Kaluga Region), finalized by installing a table moving in a plane parallel to the plane of the radiating horn antenna in the vertical and horizontal directions. Also, the table has the ability to approach and move away from the plane of the aperture. On the working panel of the table made of dielectric material (PP polypropylene), a rotation mechanism for product samples is installed.
В связи с нежелательностью перегрева обрабатываемого изделия с углеродным наполнителем, что может вызвать деструкцию, обработку проводили в нетепловом режиме (при плотности потока энергии от 20×104 до 15×104 мкВт/см2) при времени воздействия 1,0; 2,0; 3,0 минуты, что не вызывало нагрев более 40-45°С. Интенсивность воздействия СВЧ электромагнитного поля (плотность потока энергии) регулировали изменением дистанции (расстояния от плоскости раскрыва излучающей СВЧ электромагнитное поле рупорной антенны до поверхности обрабатываемого изделия). Использовали три дистанции - 100, 200 и 300 мм, что соответствовало плотности потока энергии в рабочей зоне 20×104, 17×104 и 15×104 мкВт/см2.Due to the undesirability of overheating of the workpiece with carbon filler, which can cause degradation, the processing was carried out in non-thermal mode (with an energy flux density of 20 × 10 4 to 15 × 10 4 μW / cm 2 ) with an exposure time of 1.0; 2.0; 3.0 minutes, which did not cause heating more than 40-45 ° C. The intensity of exposure to the microwave electromagnetic field (energy flux density) was controlled by changing the distance (the distance from the aperture plane of the emitting microwave electromagnetic field of the horn antenna to the surface of the workpiece). Three distances were used - 100, 200 and 300 mm, which corresponded to the energy flux density in the working area of 20 × 10 4 , 17 × 10 4 and 15 × 10 4 μW / cm 2 .
В процессе экспериментов определяли эластичность образцов обрабатываемых изделий и остаточную деформацию после выдержки их при температуре +50°С в сжатом на 25% состоянии в течение 12 часов.During the experiments, the elasticity of the samples of the processed products and the residual deformation after holding them at a temperature of + 50 ° C in a state compressed to 25% for 12 hours were determined.
Для экспериментов были выбраны образцы изделий из резины 2-3 группы по ГОСТ 18829-73 в виде колец диаметром 250 мм с номинальным сечением ∅ 8,6-8,7 мм. Образцы рассортировали на три группы по 3 кольца. В первой группе находились контрольные образцы, вторую группу составляли образцы, подвергаемые воздействию СВЧ электромагнитного поля с вращением с числом оборотов 95 об/мин. Схема обработки колец третьей группы была принята ступенчатой и состояла в том, что сначала воздействию СВЧ электромагнитного поля подвергалась одна часть образца в течение всего времени воздействия, затем он переставлялся и полной обработке подвергалась следующая часть образца и т.д. Из контрольных и обработанных образцов случайным образом вырезали участки длиной 50-60 мм, на которых оценивали эластичность.For the experiments, we selected samples of rubber products from groups 2-3 of GOST 18829-73 in the form of rings with a diameter of 250 mm with a nominal cross section of ∅ 8.6-8.7 mm. Samples were sorted into three groups of 3 rings. The first group consisted of control samples, the second group consisted of samples exposed to a microwave electromagnetic field with a rotation speed of 95 rpm. The scheme of processing the rings of the third group was adopted stepwise and consisted in the fact that at first one part of the sample was exposed to the microwave electromagnetic field during the entire exposure time, then it was rearranged and the next part of the sample was completely processed, etc. 50-60 mm long sections were randomly cut from control and treated samples, on which elasticity was evaluated.
Эластичность проверяли на основе вычисления их податливости при внедрении стального конуса с углом при вершине 90° и радиусом округления 0,1 мм по известной формуле:The elasticity was checked on the basis of calculating their compliance when introducing a steel cone with an angle at the apex of 90 ° and a rounding radius of 0.1 mm according to the well-known formula:
где h - глубина внедрения конуса в поверхность образца, мм; Р - усилие, соответствующее данной глубине внедрения, Н. Изменение податливости после воздействия СВЧ электромагнитного поля вычисляется по зависимости:where h is the depth of penetration of the cone into the surface of the sample, mm; P is the force corresponding to a given penetration depth, N. The change in compliance after exposure to a microwave electromagnetic field is calculated by the relationship:
где λобр - податливость обработанного образца, мм/Н;where λ arr is the compliance of the treated sample, mm / N;
λк - податливость контрольного образца, мм/Н.λ to - the compliance of the control sample, mm / N.
Для проверки использовали компьютерную лабораторную установку с рычажным механизмом нагружения и специальной оснасткой для размещения образцов изделий и индикатор часового типа с ценой деления 0,01 мм, установленный на штативе. В процессе испытаний усилие Р внедрения конуса в образец изделия измеряется тензометрическим датчиком, а соответствующее ему перемещение h конуса - по отклонению стрелки индикатора.For testing, we used a computer laboratory installation with a lever loading mechanism and special equipment for placing product samples and a dial-type indicator with a division price of 0.01 mm mounted on a tripod. In the process of testing, the force P of introducing the cone into the product sample is measured by a strain gauge, and the corresponding movement of the cone h by the deviation of the indicator arrow.
Образцы изделий перед испытанием на остаточную деформацию выдерживали в течение не менее 3 ч при температуре (+23±2)°С. Число образцов для испытаний принято равным шести (отбиралось не менее двух отрезков от каждого кольца). Сначала измеряли высоту сечения образцов не менее чем в трех точках, записывая среднее показание измерительного прибора в миллиметрах с точностью ±0,05 мм. Измерения проводили на расстоянии не менее чем 5 мм от края образца. Помещали образцы между пластинами струбцины и подвергали деформации сжатия. Струбцины с образцами не позднее чем через 1 ч после сжатия помещали в термостат, нагретый до температуры +50°С, и выдерживали в течение 12 часов.Samples of products before testing for residual deformation were kept for at least 3 hours at a temperature of (+ 23 ± 2) ° С. The number of test samples was taken to be six (at least two segments from each ring were taken). First, the cross-sectional height of the samples was measured at at least three points, recording the average reading of the measuring device in millimeters with an accuracy of ± 0.05 mm. The measurements were carried out at a distance of not less than 5 mm from the edge of the sample. Samples were placed between the clamp plates and subjected to compression strain. Clamps with samples no later than 1 hour after compression were placed in a thermostat heated to a temperature of + 50 ° C and held for 12 hours.
Струбцины с образцами по истечении указанного времени выдержки извлекали из термостата, разбирали и вынимали из них образцы. Извлеченные из струбцины образцы изделий помещали на теплоизолирующую деревянную плиту в свободном состоянии на «отдых» в течении (30±3) мин, после чего измеряли высоту их сечения.Clamps with samples after the specified exposure time were removed from the thermostat, disassembled and removed from them samples. The product samples extracted from the clamp were placed on a heat-insulating wooden plate in a free state for “rest” for (30 ± 3) minutes, after which the height of their cross section was measured.
В ходе экспериментов получены следующие результаты.In the course of the experiments, the following results were obtained.
Податливость образцов после выдержки при повышенной температуре в сжатом состоянии снизилась более, чем на 26%. Таким образом, после нахождения в сжатом состоянии резиновые уплотнения становятся менее эластичными и теряют герметизирующие свойства. Воздействие СВЧ электромагнитного поля с плотностью потока энергии (17-17,5)×104 мкВт/см2 приводит к возрастанию податливости таких образцов на 41% при обработке с применением вращения изделия и на 60% при обработке с переустановкой изделия для обработки по участкам поверхности. При этом достигается повышение податливости относительно исходного материала образцов соответственно на 12% и 26,6% (Фиг. 2). Изложенное позволяет признать более эффективной схемой обработки последовательную переустановку изделия после окончательной обработки каждого единичного участка. Увеличение времени воздействия более 2 минут вызывает перегрев материала и ухудшение его характеристик. При меньшем времени воздействия эффективность влияния СВЧ излучения снижается при меньшей и большей плотности потока энергии вследствие того, что время оказывается недостаточным для формирования новых связей в матрице. Как показывает график изменения податливости (Фиг. 2), при повышении плотности потока энергии более 17×104 мкВт/см2 величина податливости возрастает в меньшей степени (при схеме обработки с переустановкой изделия) или практически не увеличивается (при вращении изделия). Это связано с увеличением степени диэлектрического нагрева материала, приводящего к деструктивным изменениям.The compliance of the samples after holding at an elevated temperature in a compressed state decreased by more than 26%. Thus, after being in a compressed state, rubber seals become less elastic and lose their sealing properties. The influence of a microwave electromagnetic field with an energy flux density of (17-17.5) × 10 4 μW / cm 2 leads to an increase in the compliance of such samples by 41% during processing using rotation of the product and by 60% during processing with reinstalling the product for processing in sections surface. In this case, an increase in compliance with respect to the starting material of the samples is achieved by 12% and 26.6%, respectively (Fig. 2). The foregoing makes it possible to recognize a sequential reinstallation of the product after the final processing of each unit site as a more efficient processing scheme. An increase in exposure time of more than 2 minutes causes overheating of the material and deterioration of its characteristics. With a shorter exposure time, the efficiency of the influence of microwave radiation decreases with a smaller and higher energy flux density due to the fact that the time is insufficient to form new bonds in the matrix. As the graph of compliance changes (Fig. 2) shows, with an increase in the energy flux density of more than 17 × 10 4 μW / cm 2, the compliance value increases to a lesser extent (during the processing scheme with reinstalling the product) or practically does not increase (during rotation of the product). This is due to an increase in the degree of dielectric heating of the material, leading to destructive changes.
С целью уточнения возможности и выявления значений параметров восстановления эксплуатационных характеристик изделий, прошедших определенный цикл наработки в составе оборудования, было проведено исследование их эластичности в состоянии после снятия с оборудования и после последующего воздействия СВЧ электромагнитного поля. На основании результатов, приведенных выше, применялось воздействие «с переустановкой» образца в течение 2 минут на дистанции 200 мм.In order to clarify the possibility and identify the values of the parameters for restoring the operational characteristics of products that have passed a certain operating time in the equipment, a study was conducted of their elasticity in the state after removal from the equipment and after the subsequent exposure to microwave electromagnetic field. Based on the results presented above, the effect was applied “with reinstallation” of the sample for 2 minutes at a distance of 200 mm.
Для исследований были выбраны следующие образцы изделий:For research, the following product samples were selected:
1. Уплотнительная прокладка из армированной резины, имеющая в среднем сечении тканевую структуру, после эксплуатации в течение 2 лет в температурном диапазоне от -30° до +30°С;1. A gasket made of reinforced rubber, having a mid-section of a fabric structure, after operation for 2 years in the temperature range from -30 ° to + 30 ° C;
2. Уплотнительная прокладка из резины 2 группы по ГОСТ 18829-73 после эксплуатации в течение 1 года в температурном диапазоне от -20° до +90°С.2. Sealing gasket from rubber of
Результаты экспериментов представлены - в таблице. Таблица 1 Повышение податливости путем воздействия СВЧ электромагнитного поля на образцы изделий из резины после цикла наработки в процессе эксплуатацииThe experimental results are presented in the table. Table 1 Increase of compliance by the influence of microwave electromagnetic field on samples of rubber products after a production cycle during operation
Таким образом, экспериментально установлено, что после обработки в течение 2,0-2,5 минут в СВЧ электромагнитном поле частотой 2450 МГц при плотности потока энергии (17-17,5)×104 мкВт/см2 образцов изделий, прошедших модельное старение путем выдержки при повышенной температуре в сжатом на 25% состоянии, и прошедших реальную эксплуатацию в агрегатах, обеспечивается приближение механических характеристик к новому материалу, выраженное в возрастании податливости на (26-43)%, что позволяет повторно использовать уплотнения без замены их новыми ввиду восстановления уплотнительных свойств материала.Thus, it was experimentally established that after processing for 2.0-2.5 minutes in a microwave electromagnetic field with a frequency of 2450 MHz at an energy flux density of (17-17.5) × 10 4 μW / cm 2 of product samples that underwent model aging by holding it at an elevated temperature in a state compressed by 25% and having undergone actual operation in the units, the mechanical characteristics are brought closer to the new material, expressed in increasing ductility by (26-43)%, which allows reuse of seals without replacing them with new ones due to restoration sealing properties of the material.
Тем самым достигается поставленный технический результат - обеспечивается продление ресурса и повторное использование уплотнительных элементов трубопроводной арматуры из технической резины за счет стабильного восстановления их эластичности в результате модифицирования структуры путем воздействия СВЧ электромагнитного поля.This achieves the set technical result - provides an extension of the life and reuse of the sealing elements of pipe fittings made of technical rubber due to the stable restoration of their elasticity as a result of modifying the structure by the action of a microwave electromagnetic field.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019110007A RU2721511C1 (en) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | Method of recovery of elastic-plastic properties of industrial rubber articles by treatment in electromagnetic field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019110007A RU2721511C1 (en) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | Method of recovery of elastic-plastic properties of industrial rubber articles by treatment in electromagnetic field |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2721511C1 true RU2721511C1 (en) | 2020-05-19 |
Family
ID=70735152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019110007A RU2721511C1 (en) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | Method of recovery of elastic-plastic properties of industrial rubber articles by treatment in electromagnetic field |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2721511C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1234203A1 (en) * | 1984-12-10 | 1986-05-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Резинотехнического Машиностроения | Device for heating torus-shaped rubber-cord casings |
| US6133500A (en) * | 1990-01-11 | 2000-10-17 | Emery Microwave Management, Inc. | Method and apparatus for the controlled reduction of organic material |
| RU2687930C1 (en) * | 2017-12-01 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of reinforcing reinforced with carbon fiber polymer composite materials |
| RU2687937C1 (en) * | 2018-06-13 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of improving functional properties of industrial rubber articles by treatment in microwave electromagnetic field |
| RU2687939C1 (en) * | 2018-07-05 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of reinforcing reinforced with carbon fiber polymer composite materials |
-
2019
- 2019-04-04 RU RU2019110007A patent/RU2721511C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1234203A1 (en) * | 1984-12-10 | 1986-05-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Резинотехнического Машиностроения | Device for heating torus-shaped rubber-cord casings |
| US6133500A (en) * | 1990-01-11 | 2000-10-17 | Emery Microwave Management, Inc. | Method and apparatus for the controlled reduction of organic material |
| RU2687930C1 (en) * | 2017-12-01 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of reinforcing reinforced with carbon fiber polymer composite materials |
| RU2687937C1 (en) * | 2018-06-13 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of improving functional properties of industrial rubber articles by treatment in microwave electromagnetic field |
| RU2687939C1 (en) * | 2018-07-05 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of reinforcing reinforced with carbon fiber polymer composite materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ossola et al. | UV modification of tire rubber for use in cementitious composites | |
| EP0626871B1 (en) | Method and apparatus for the controlled reduction of organic material | |
| RU2721511C1 (en) | Method of recovery of elastic-plastic properties of industrial rubber articles by treatment in electromagnetic field | |
| EP2197641B1 (en) | Process for curing and drying concrete | |
| US2415449A (en) | Reclaiming rubber | |
| US20110198207A1 (en) | Ultrasonic microwave molecular vacuum distillation system for waste tires | |
| WO2012039382A1 (en) | High frequency dielectric heating device for thermosetting plastic material, and method for molding thermosetting plastic | |
| AU2011269166B2 (en) | Surface treatment of rubber using low pressure plasma | |
| RU2687937C1 (en) | Method of improving functional properties of industrial rubber articles by treatment in microwave electromagnetic field | |
| US4458128A (en) | Microwave sheet rubber curing | |
| Okumura et al. | Elucidation of the principle of microwave rubber vulcanization based on dielectric parameters and vulcanization of tire rubber by variable frequency microwave | |
| Landini et al. | Preliminary analysis to BIIR recovery using the microwave process | |
| CN113005768B (en) | Process for modifying aramid fibers | |
| RU2106248C1 (en) | Method of controlled non-pyrolytic reducing treatment of materials and device for its realization | |
| Choi et al. | Accelerated thermal aging behaviors of EPDM and NBR vulcanizates | |
| RU2694462C1 (en) | Method of hardening large-size products of complex shape in shf electromagnetic field of reinforced with carbon fiber polymer composite materials | |
| US3398218A (en) | Method and apparatus for manufacturing transmission belts | |
| KR20140008825A (en) | Apparatus for producing high quality of recycled aggregate using superheated steam and method for producing high quality of recycled aggregate using therof | |
| JP2009126746A (en) | Method for drying formed product of clay such as tile and apparatus for drying the same | |
| Resende et al. | Improvement of thermoplastic elastomer degradation resistance by low-energy plasma immersion ion bombardment | |
| Tuhvatullin et al. | Ultra High-Frequency Electric Installation with a Hybrid-Type Working Chamber. | |
| US2480631A (en) | Tire vulcanizing | |
| Safin et al. | Dynamics of mass of a sample in the course of oscillating vacuum and conductive drying of timber | |
| KR101072223B1 (en) | Manufacturing apparatus and method of carbon | |
| CN114919109B (en) | Method for vulcanizing rubber by utilizing microwaves |