Установка для радиационной модификации полимерных изделий и/или материалов

Изобретение относится к области изготовления изделий из полимерных материалов и может быть использовано при модификации полимеров для последующего изготовления изделий из полимерных материалов в производстве нагревостойких нефтепогружных кабелей, труб, термоусаживающихся пленок и трубок, термоусаживаемых изделий. Изобретение направлено на повышение эффективности использования ионизирующего излучения и производительности установки при сохранении качества изготовления облучаемых полимерных изделий путем обеспечения эффективного использования пучка ионизирующего излучения. Указанный технический результат достигается тем, что в установке для радиационной модификации полимерных изделий и/или материалов загрузочные устройства расположены вокруг облучателя равноудаленно от него и максимально плотно друг к другу по всему периметру для максимально полного использования излучения облучателя. Загрузочные устройства выполнены, в частности, цилиндрическими с возможностью синхронного вращения вокруг своих осей, а облучатель - удлиненной формы, с размерами, обеспечивающими облучение загрузочных устройств по всей длине. 1 н. п.и 1 з. п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области радиационной технологии и может быть использовано для модификации полимеров для последующего изготовления изделий из полимерных материалов для производства нагревостойких нефтепогружных кабелей, труб, термоусаживающихся пленок и трубок, термоусаживаемых изделий. Оно может быть использовано также для радиационной модификации полиэтилена и других полимеров, а также для исследований воздействия радиации на свойства различных материалов.

Радиационная обработка с помощью установки с источником в виде гамма-квантов, является высокопроизводительным способом радиационной модификации полиэтилена и других полимеров.

Известна «Гамма - установка для радиационного облучения блочных объектов» (Автор(ы): Ванюшкин Б.М. (RU); Бухтев В.А. (RU); Ермаков В.В. (RU); Клочков Е.П. (RU). Патентообладатель: Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации" (ФГУП ВНИИТФА) (RU). Заявка: (2004107724/06). Гамма-установка для радиационного облучения блочных объектов содержит камеру облучения с изотопными источниками излучения в облучателе, систему перемещения облучателя и объекта облучения в виде подвесного толкающего конвейера, систему управления и радиационной защиты. Изотопные источники в камере облучения помещены в два плоскостных облучателя, которые смонтированы параллельно друг другу с возможностью последовательного свободного прохождения блоков с объектом облучения вдоль всех сторон облучателя с обеспечением двухстороннего облучения.

Недостатком данной установки является сложность установки, ее низкая безопасность, обусловленная возможностью возникновения аварийных ситуаций при развороте облучаемого объекта в камере облучения и необходимости поворотов объекта для достижения равномерного всестороннего облучения, а также необходимость наличия резервного хранилища для облучателя с радиоактивными источниками с целью обеспечения радиационной безопасности. Это обуславливает также высокую стоимость процесса радиационной модификации, что является основным экономическим показателем при производстве модифицированных полимеров.

Известна также установка (прототип) для облучения изделий типа проводов и кабелей с полимерной изоляцией, в которой авторы использовали кобальтовый облучатель. [Берлянт СМ. и др. Радиационное сшивание полиэтиленовой изоляции кабельных изделий в укрупненных масштабах. Атомная энергия. 1966, вып.1, стр.64-66]. Радиационно-химическое загрузочное устройство для облучения представляет собой кольцевую цилиндрическую полость, в которую вставляют катушку с намотанным на нее проводом (кабелем). Эту полость герметизируют и после вакуумирования заполняют инертным газом, например гелием. Для создания равномерного поля поглощенных доз аппарат вращают вокруг оси. Необходимая для сшивки полимера (полиэтилена) поглощенная доза составляла 1000 КГр.

Основными недостатками указанной установки являются:

- низкая производительность установки ввиду использования лишь части зоны покрытия радиационного воздействия;

- низкая экономичность установки вследствие использования лишь небольшой части ионизирующего излучения гамма-установки.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение производительности установки, а также повышение ее экономичности за счет более полного использования ионизирующего излучения.

Поставленная задача решается тем, что в известной установке для радиационной модификации полимерных изделий и/или материалов, включающей камеру для облучения с изотопными источниками излучения в облучателе, герметичные загрузочные устройства для размещения в них облучаемых объектов, систему вращения загрузочных устройств, в соответствии с предлагаемым изобретением загрузочные устройства расположены вокруг облучателя равноудаленно от него и максимально плотно друг к другу по всему периметру для максимально полного использования излучения облучателя.

Поставленная задача решается также тем, что в частном случае исполнения загрузочные устройства выполнены цилиндрическими с возможностью синхронного вращения вокруг своих осей, а облучатель выполнен удлиненной формы, с размерами, обеспечивающими облучение загрузочных устройств по всей длине.

Выполнение загрузочных устройств равноудалено от облучателя и максимально плотно друг к другу по всему периметру вокруг облучателя позволяет максимально полно использовать излучение облучателя. Поскольку ионизирующее излучение естественным образом распространяется во все стороны равномерно, размещение загрузочных устройств с облучаемыми объектами максимально плотно по периметру вокруг облучателя обеспечит максимально полное использование ионизирующего излучения. Лишь незначительная часть излучения будет теряться в возможных зазорах между загрузочными устройствами.

Выполнение установки с несколькими загрузочными устройствами для максимально плотного размещения их вокруг облучателя позволит повысить производительность установки.

Наиболее простым вариантом исполнения предложенной установки может быть вариант, в котором загрузочные устройства выполнены в виде трех цилиндрических корпусов диаметром до одного метра и высотой до 3-х метров. При этом все загрузочные цилиндры имеют единый механизм вращения, который обеспечивает равномерное вращение трех цилиндрических корпусов за счет единой системы цепной передачи. При диаметре цилиндрического корпуса большем, чем один метр наблюдается появление «теневого эффекта» и получение неравномерного значения поглощенной дозы облучаемых объектов в цилиндрах. Вращение цилиндров вокруг своей оси выполняется в целях обеспечения равномерного значения поглощенной зоны.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 схематично изображен общий вид сверху установки для радиационной модификации полимерных изделий. На фиг.2 схематично изображен общий вид этой установки.

Устройство для радиационной модификации полимерных изделий, включает в себя три одинаковых металлических цилиндрических корпуса 2, 3 и 4, установленных с зазором относительно друг друга и снабженных узлами крепления с совместным механизмом вращения 5. Указанные цилиндрические корпуса имеют в верхней части герметичные крышки, в которых установлены откачные клапаны для создания вакуума и закачки инертного газа в полость (на чертеже не показаны). В центральном пространстве между цилиндрическими корпусами устанавливается изотопный облучатель 1 удлиненной формы с размерами, обеспечивающими ионизирующее излучение по всей длине поверхности цилиндров. Совместный механизм вращения 5 обеспечивает равномерное воздействие двигателя на три цилиндрических корпуса 2, 3 и 4 за счет единой системы цепной передачи. Диаметр одного цилиндра выполняется не более одного метра, т.к. при большем диаметре наблюдается появление «теневого эффекта» и получение неравномерного значения поглощенной дозы модифицированных полимеров в цилиндрах. Скорость вращения цилиндров вокруг своей оси выполняется в целях равномерного значения поглощенной зоны и определяется параметрами кинематической схемы вращения и системой механизма подачи. Высота цилиндров выполняется до 3-х метров и определяется техническими возможностями организации физической защиты персонала от воздействия ионизирующего излучения и исполнением кобальтовых источников. Физической защитой персонала от вредного воздействия ионизирующего излучения гамма-установки является вода. Сами цилиндры и кобальтовый облучатель находятся в бассейне. Глубина бассейна определяется мощностью источника ионизирующего излучения и требованиями организации физической защиты.

Установка работает следующим образом.

Подъемное устройство 7 осуществляет подъем цилиндрических корпусов 2, 3, 4 над поверхностью бассейна с водой 6 для производства загрузки облучаемых заготовок. Заготовки из полимера загружают во внутрь емкости цилиндров и закрываются герметичными крышками. Вакуумным насосом производится откачка оставшегося в цилиндрах воздуха через откачные клапаны. Через них же происходит заполнение емкости инертным газом, например, гелием.

Загруженные цилиндрические корпуса опускаются в бассейн подъемным устройством, причем ионизирующий, например, кобальтовый источник 1 находится в центральном пространстве между цилиндрами и постоянно под водой на глубине, необходимой по требованиям организации физической защиты для персонала.

С этого момента начинается процесс радиационной модификации заготовок из полимера под воздействием ионизирующего излучения кобальтового источника. Для обеспечения равномерного значения поглощенной дозы модифицированных полимеров в цилиндрах производится вращение цилиндров вокруг своей оси с помощью приводного механизма 5 и кинематической системы.

Процесс радиационной модификации полимерных изделий пучками гамма-излучения кобальтового или иного источника до заданного значения определяется эмпирически для каждого типа полимера на основании выделенной гель-фракции и требования технического задания по модификации. Среднее значение поглощенной дозы, необходимой для сшивки полимера, например, полиэтилена составляет 1000+.300 КГр. По достижению расчетных параметров поглощенной дозы облучаемых полимерных заготовок, производят подъем цилиндров 2, 3, 4 из бассейна 6. После выполнения процесса разгерметизации цилиндров с помощью откачных клапанов производится открывание цилиндров с последующим извлечением модифицированных полимерных материалов или изделий.

Предложенная установка является высокопроизводительной и имеет высокий коэффициент использования ионизирующего излучения облучателя, при этом позволяет получать высококачественные радиационно-модифицированные полимерные изделия, преимущественно трубки и кабели, имеющие широкое применение в различных областях человеческой деятельности. При этом модифицированные изделия, изготовленные на данной установке являются экологически безвредными.

1. Установка для радиационной модификации полимерных изделий и/или материалов, включающая камеру для облучения с изотопными источниками излучения в облучателе, герметичные загрузочные устройства для размещения в них облучаемых объектов, систему вращения загрузочных устройств, отличающаяся тем, что загрузочные устройства расположены вокруг облучателя равноудаленно от него и максимально плотно друг к другу по всему периметру для максимально полного использования излучения облучателя.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что загрузочные устройства выполнены цилиндрическими с возможностью синхронного вращения вокруг своих осей, а облучатель выполнен удлиненной формы с размерами, обеспечивающими облучение загрузочных устройств по всей длине.