Способ изменения свойств материалов и устройство для его осуществления - генератор "эмитоп"

 

Изобретение относится к созданию материалов с заданными свойствами при помощи электрорадиотехнических средств, что может найти применение в химической, металлургической, теплоэнергетической, пищевой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения состоит в том, что в способе изменения свойств материалов, включающем воздействие на материал физическим полем, в качестве которого используют торсионное поле, рабочее торсионное излучение получают из униполярных импульсов электромагнитного излучения с амплитудами напряженности магнитного поля в диапазоне 0,01-3000 Гаусс, при этом сопутствующее нерабочее торсионное излучение экранируют от воздействия на обрабатываемый материал и на блоки устройства излучения, а воздействие на обрабатываемый материал осуществляют в два этапа: на первом проводят предварительное воздействие для подбора режимов работы излучателя с учетом свойств обрабатываемого материала, материала вмещающей его емкости и материалов поверхностей, контактирующих с обрабатываемым материалом и вмещающей емкостью, а на втором этапе осуществляют рабочее воздействие на обрабатываемый материал, при этом предварительное и рабочее воздействия выполняют одностадийными или многостадийными с прямым и опосредованным воздействием. Для реализации вышеизложенного способа разработано устройство-генератор ЭМИТОП, содержащий источник питания, излучатель, управляемый регулятор напряжения, коммутатор полярности, первичный генератор торсионного излучения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены таймер, блок схемы совпадений (синхронизатор), согласующее устройство, экран защиты излучателя от электромагнитных излучений, экран защиты излучателя от нерабочих торсионных излучений, идущих от излучателя в окружающее пространство, причем первичный генератор торсионного излучения выполнен в виде задающего генератора импульсов, при этом таймер, источник питания, первичный генератор торсионного излучения, блок схемы совпадений (синхронизатор) и согласующее устройство помещены в экранированный корпус, например полиэтиленовый, защищающий от воздействия торсионного излучения, а излучатель выполнен в виде соленоида с сердечником или без него. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 5 табл., 1 ил.

Изобретение относится с созданию материалов с заданными свойствами при помощи электрорадиотехнических средств, что может найти применение в химической, металлургической, теплоэнергетической, пищевой и других отраслях промышленности, где необходимо получать материалы с заданными свойствами и улучшенными характеристиками.

Известно техническое решение способ коррекции структурных характеристик материалов и устройство для его осуществления [1] Согласно известному техническому решению способ коррекции структурных характеристик материалов включает воздействие на материал физическим полем, в качестве которого используется торсионное излучение.

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет эффективно воздействовать на широкий ряд материалов с целью изменения их свойств из-за невозможности направленного регулирования режима воздействия: частот, амплитуд и фаз спектра воздействующего торсионного излучения, а также не обеспечивает надежную воспроизводимость результатов воздействия из-за неучета влияния свойств материалов, контактирующих с обрабатываемым материалом, являющимся объектом воздействия, и вследствие отсутствия экранирования от нежелательного воздействия возникающих нерабочих торсионных излучений и полей.

Задачей изобретения является обеспечение возможности изменения свойств материалов в заданных диапазонах путем подбора многопараметрического режима воздействия на обрабатываемый материал с учетом свойств материалов емкости, вмещающей обрабатываемый материал, или материалов поверхностей, контактирующих с обрабатываемым материалом, а также обеспечение воспроизводимости результатов воздействия посредством использования материалов, экранирующих от возникающих нерабочих торсионных излучений.

Поставленная задача решается тем, что способ изменения свойств материалов, заключающийся в воздействии на материал физическим полем, в качестве которого используют торсионное поле, отличается тем, что рабочее торсионное излучение получают с помощью униполярных импульсов электромагнитного излучения с амплитудами напряженности магнитного поля в диапазоне 0,01-3000 Гаусс, при этом сопутствующее нерабочее торсионное излучение экранируют от воздействия на обрабатываемый материал и на блоки устройства излучения, а воздействие на обрабатываемый материал осуществляют в два этапа: на первом проводят предварительное воздействие для подбора режимов работы излучателя с учетом свойств обрабатываемого материала, материала вмещающей его емкости и материалов поверхностей, контактирующих с обрабатываемым материалом и вмещающей емкостью, а на втором этапе осуществляют рабочее воздействие на обрабатываемый материал, при этом предварительное и рабочее воздействия выполняют одностадийными или многостадийными с прямым и опосредованным воздействием.

Одностадийное воздействие на обрабатываемый материал это однократное воздействие в течение определенного времени. Одностадийное воздействие используют в том случае, если полученное изменение заданных свойств обрабатываемого материала за одно воздействие отвечает поставленной задаче. При этом длительность одностадийного воздействия варьируют в зависимости от требуемых свойств обрабатываемого материала.

Многостадийное воздействие используют в случае, если изменение заданных свойств не может быть достигнуто за одно воздействие, и состоит из ряда одностадийных воздействий. Оно отличается от одностадийного так называемым периодом адаптации, равным интервалу времени между двумя одностадийными воздействиями и определяемым на стадии предварительного воздействия по результатам исследований, которые проводят, в частности, на моделях.

Для поддержания заданных свойств системы, включающей обрабатываемый материал, материалы вмещающей его емкости и контактирующие с ним поверхности, в заданном режиме проводят контроль свойств материалов для поддержания их в допустимых интервалах.

Достижение заданных свойств обрабатываемого материала получают также и опосредованно, помещая его во вмещающую емкость или на контактирующие с ним поверхности после окончания многостадийного воздействия на них. Этот эффект был обнаружен авторами экспериментально. В частном случае, когда заданный материал необходимо нанести на поверхность какого-либо изделия, используют способ опосредованного воздействия на обрабатываемое изделие, при этом заданный материал наносят на обработанную поверхность только после окончания воздействия на нее торсионным излучением.

Соответственно используют воздействие опосредованно, если применяют емкость, которая после окончания воздействия торсионным излучением на нее в заданном режиме приобретает способность изменять свойства обрабатываемого материала, помещенного в эту емкость, в заданном диапазоне их изменения.

Для увеличения интенсивности процесса воздействия торсионного излучения на обрабатываемые материалы используют возрастно-поступательное перемещение или вращение обрабатываемого материала относительно излучателя.

Подбор режима работы излучателя производят в результате предварительных испытаний по изменению характеристик заданного материала, помещенного в лабораторную или иную емкость, экранированную от торсионного излучения экранирующим материалом, например полиэтиленом или полипропиленом. В ходе предварительных испытаний на обрабатываемый материал производят одностадийное или многостадийное воздействие.

Для обеспечения экологической безопасности воздействия на биосферу используют правовинтовое торсионное поле, при использовании же левовинтового торсионного поля его отрицательное воздействие нейтрализуется последующим воздействием правовинтовым торсионным полем.

Известно также устройство для реализации способа коррекции структурных характеристик материалов, содержащее источник питания, первичный генератор торсионного излучения, управляемый регулятор напряжения, коммутатор полярности и формирователь-излучатель [1] Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет эффективно воздействовать на широкий ряд материалов с целью изменения их свойств за счет невозможности направленного регулирования режима воздействия: частот, амплитуд и фаз спектра, воздействующего торсионного излучения, а также вследствие отсутствия экранов, защищающих от нежелательного воздействия возникающих нерабочих торсионных излучений и полей.

Задачей изобретения является обеспечение возможности изменения свойств обрабатываемых материалов в заданных диапазонах путем подбора многопараметрического режима воздействия на обрабатываемый материал с учетом его свойств и свойств материалов емкости, вмещающей обрабатываемый материал, и свойств материалов поверхностей, контактирующих с обрабатываемым материалом и вмещающей емкостью, а также обеспечение воспроизводимости результатов воздействия посредством использования материалов, экранирующих от воздействия возникающих торсионных излучений.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для изменения свойств материалов, содержащее источник питания, излучатель, управляемый регулятор напряжения, коммутатор полярности, первичный генератор торсионного излучения, дополнительно введены таймер, блок схемы совпадений (синхронизатор), согласующее устройство, экран защиты излучателя от электромагнитных излучений, экран защиты излучателя от нерабочих торсионных излучений, идущих от излучателя в окружающее пространство, причем первичный генератор торсионного излучения выполнен в виде задающего генератора импульсов, при этом таймер, источник питания, первичный генератор торсионного излучения, блок схемы совпадений (синхронизатор) и согласующее устройство помещены в экранированный корпус, например полиэтиленовый, защищающий от воздействия торсионного излучения, а излучатель выполнен в виде соленоида с сердечником или без него.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит задающий генератор импульсов 1, управляемый регулятор напряжения 2, коммутатор полярности 3, таймер 4, блок схемы совпадений (синхронизатор) 5, согласующее устройство 6, излучатель генератора торсионного поля 7, источник питания 8, экран защиты от электромагнитного излучения 9, экран защиты от нерабочих торсионных излучений 10, экран защиты 11 задающего генератора импульсов 1, таймера 4, блока схемы совпадений (синхронизатор) 5, согласующего устройства 6, источника питания 8 от воздействия торсионного излучения. К данному устройству прилагают комплект экранированных емкостей 12 от воздействий торсионных излучений, например, из полиэтилена, предназначенных для помещения обрабатываемого материала при предварительных испытаниях или для обработки мелких партий изделий.

Устройство работает следующим образом. После включения источника питания 8 и прогрева устройства в течение не менее 10 мин обрабатываемый материал помещают в экранированную емкость 12, выбирают необходимый режим воздействия на устройстве, на расстоянии 5-15 см от обрабатываемого материала с открытого торца экранированной емкости 12 или незаэкранированной части стенок емкости, вмещающей обрабатываемый материал, устанавливают излучатель 7 и при задействованных системах экранов 9, 10, 11 установкой таймера 4 на заданное время включают устройство. При этом блок схемы совпадений (синхронизатор) 5 согласует сигналы задающего генератора импульсов 1, таймера 4 и согласующего устройства 6, не допуская преждевременного прерывания импульсов. Спустя заданное время, таймер 4 выключится, излучатель 7 снимают с объекта воздействия, а обрабатываемый материал отправляют на лабораторные испытания с соблюдением мер экранирования от воздействия торсионного излучения обработанного материала на лабораторное оборудование и другие материалы при проведении лабораторных испытаний, а при работе на опытно-промышленных установках воздействие продолжают через определенное время или данный материал следует по технологической цепочке до склада готовой продукции.

Экранировка от электромагнитных излучений излучателя 7 необходима в случае недопущения нежелательных побочных воздействий на обрабатываемый материал.

Используемый в устройстве таймер 4, который по истечении заданного времени воздействия и адаптации системы выключает и включает устройство, может быть программируемым. В этом случае учитывается время выхода на режим устройства после его включения.

Задающий генератор импульсов 1 может быть выполнен в виде программируемого блока формирования сигнала, который осуществляет создание пакета сложных сигналов по следующим параметрам для каждого импульса в пакете: длительность, период, амплитуда и форма, которые необходимы при комплексном предварительном исследовании и изменении большего количества параметров, характеризующих свойства обрабатываемого материала. Компановка импульсов для достижения необходимого результата может быть с интервалами по заданной зависимости чередования импульсов (как однородных, так и заданного набора различных форм сигналов по заданной программе, которая для каждого пакета индивидуальна), а интервалы времени между пакетами могут формироваться по соответствующей заданной зависимости от номера пакета программ.

Возможны варианты совмещения некоторых видов излучателей 7 с различными формами излучений, воздействующих на обрабатываемые материалы и вмещающих их емкости и на поверхности, контактирующие с обрабатываемым материалом, как одновременно, так и в промежутке между импульсами друг друга согласно задаваемой программе. Направления излучения от излучателей могут быть как параллельными, так и под углом друг к другу.

При невозможности непосредственной связи устройства с излучателем 7, например, если вмещающая емкость заэкранирована полностью от торсионного излучения, между ними устанавливают радиоуправляемую связь с помощью введения дополнительных блоков, синтез которых осуществляется на основании общих принципов проектирования радиоэлектронных схем [2,3] Для повышения эффективности и направленности воздействия сердечник соленоида выполнен в виде цилиндрической, конической, пирамидальной или призматической формы с осевой симметрией или асимметричной формы.

Сердечник соленоида выполнен из мягкого железа, ферритов или сплавов с добавками редкоземельных элементов, при этом соотношение между высотой сердечника и его основанием выбрано равным числам из ряда Фиббоначи, стремящимся к величине "золотого сечения", для эффективного регулирования напряженности магнитного поля.

Пример 1. Реализация устройства и способа его воздействия на конкретный объект.

В качестве исследуемого материала был взят полиэтилен высокого давления.

Предварительно проводились лабораторные исследования воздействия торсионного излучения при различных режимах на различные агрегатные состояния полиэтилена (твердое и жидкое), помещенного в заэкранированную термостатированную емкость 12. Испытания проводились следующим образом: при включенном источнике питания 8 и последующем прогреве устройства в течение не менее 10 мин был выбран один из режимов воздействия, излучатель 7 был установлен со стороны верхней открытой части заэкранированной емкости 12 и включен таймер 4 на время τ 5 мин ± 0,5 мин. После выключения таймера 4 через заданное время излучатель 7 снимается с заэкранированной емкости 12, а обработанный материал отправлен на исследование в лабораторию с соблюдением экранирования, предотвращающего воздействие на лабораторное оборудование со стороны этого материала. Было проведено исследование различных агрегатных состояний и установлено, что полиэтилен высокого давления хорошо воспринимает воздействие торсионного излучения только во время его фазового перехода из твердого в жидкое или, наоборот, из жидкого в твердое состояние.

Одновременно было проведено исследование материала экструдера опытно-промышленной установки по получению полиэтиленовой пленки, на которой проводилось воздействие торсионным излучением в процессе ее получения. Ввиду того, что внутренняя часть экструдера в основном состоит из нержавеющей стали, усиливающей опосредованное воздействие, предварительные исследования подтвердили возможность повышения эффективности воздействия торсионного излучения в экструдере на полиэтилен.

После предварительных исследований был проведен второй этап рабочего воздействия на обрабатываемый материал через стенку центральной секции экструдера, куда был установлен излучатель 7. После прогрева устройства в течение не менее 10 мин при включенном источнике питания 8 таймер 4 был включен в соответствии с режимом, определенным ранее на этапе предварительных исследований. После отключения таймера 4 излучатель 7 был снят с экструдера, а образцы полиэтиленовой пленки, взятые до, во время и после окончания воздействия, были отправлены на лабораторные исследования с соблюдением условий, обеспечивающих экранирование.

При проведении 3-стадийного воздействия торсионным излучением с периодом адаптации в 2 и 3 дня в ходе третьего воздействия наблюдался переходный процесс с изменением скорости полимеризации полиэтиленовой пленки, которой закончился уже во время воздействия. Лабораторный анализ результатов воздействия показал улучшение свойств полиэтиленовой пленки, проявившееся увеличением напряжения прокола. В качестве подтверждения изложенного приведены в табл. 1 величины напряжения прокола пленки до, во время и после третьего воздействия, а в табл. 2 средние значения полученных величин, погрешности измерений и доверительная вероятность.

Сравнение результатов до и после воздействия показывает увеличение величины напряжения прокола.

При этом отмечено увеличение напряжения прокола на 22% доверительная вероятность полученных результатов, как следует из таблицы, составляет не менее 0,99.

Два последующих воздействия с изменением времени воздействия до 15 мин и периодом адаптации системы в течение 3 сут привели к увеличению напряжения раздира вдоль линии намотки полиэтиленовой пленки при уменьшении ее поперек линии намотки (см. табл. 3).

Анализ результатов, помещенных в табл. 3, показывает увеличение напряжения раздира вдоль линии намотки и уменьшение этого напряжения поперек линии намотки полиэтиленовой пленки.

При этом сравнение результатов до и после воздействия торсионным излучением показывает увеличение напряжения раздира до 18% вдоль линии намотки полиэтиленовой пленки, а поперек линии намотки уменьшение напряжения раздира на 16% доверительная вероятность полученных результатов, как следует из табл. 4, составляет не менее 0,99.

Форма импульсов воздействующего торсионного излучения прямоугольная и треугольная соответственно.

При всех изменениях вышеуказанных параметров остальные исследуемые параметры полиэтиленовой пленки оставались в пределах допуска, что указывает на возможность выбора режимов воздействия торсионным излучением, изменяющих отдельные заданные параметры выпускаемой полиэтиленовой пленки.

Пример 2. Изменение характеристик обрабатываемого материала при воздействии на него со стороны контактируемый с ним поверхности, подвергнутой многостадийному воздействию торсионным полем.

Поставлена задача добиться уменьшения коэффициента поверхностного натяжения полиэтилена на оплавляемой детали. При традиционном воздействии на металлическую деталь электростатическим методом дважды напыляют полиэтиленовый порошок, который затем оплавляется в термошкафу 5 и 10 мин. При первом напылении и оплавлении полиэтилен на поверхности детали не создает ровной поверхности за счет бугорков и пузырей из-за большого коэффициента поверхностного натяжения.

Было проведено многостадийное воздействие торсионным излучением (форма импульсов треугольная) в различных режимах на четыре детали, пятая контрольная не подвергалась воздействию. Полученные результаты сведены в табл. 5.

Четвертая деталь обрабатывалась торсионным излучением в условиях ее вращения на стенде со скоростью 300 оборотов в минуту в течение 5 мин каждое воздействие.

Электростатическое напыление полиэтиленового порошка и тепловое воздействие проходило на все пять деталей, подвешенных на одном стальном проводе. После теплового воздействия в термошкафу в течение 10 мин на четырех обработанных торсионным полем деталях образовалась прочная прозрачная полиэтиленовая пленка толщиной около 100 мкм, а контрольная деталь имела некачественное покрытие. После дополнительных 30 мин теплового воздействия покрытие на четырех обработанных деталях осталось неизменным, а на контрольной стало по качеству таким же, что и на обработанных торсионным излучением.

Учитывая, что ранее без воздействия торсионным излучением таких результатов как с контрольной деталью не отмечалось, необходимо сделать следующее заключение: произошло воздействие со стороны четырех обработанных деталей на пятую через стальной провод, что показывает волноводный характер передачи свойств изменения характеристик на детали, контактирующие с обработанными торсионным излучением. Одновременно подтверждается эффективность опосредственного воздействия, позволившего уменьшить коэффициент поверхностного натяжения расплавленного полиэтилена, контактирующего с поверхностью, подвергшейся до момента контакта с полиэтиленом 4-стадийному воздействию торсионным излучением.

Предлагаемое изобретение представляет собой способ воздействия на свойства материалов в лабораторных, опытно-промышленных и промышленных установках, а также устройство для осуществления этого способа воздействия, не нарушая при этом имеющейся технологии, технологической цепочки, без остановки производства и дополнительных капитальный вложений и конструктивных доработок, путем изменения свойств выпускаемой продукции с целью улучшения ее потребительских качеств.

Формула изобретения

1. Способ изменения свойств материалов, заключающийся в воздействии на материал физическим полем, в качестве которого используют торсионное поле, отличающийся тем, что рабочее торсионное излучение получают с помощью униполярных импульсов электромагнитного излучения с амплитудами напряженности магнитного поля в диапазоне 0,01 3000 Гс, при этом сопутствующее нерабочее торсионное излучение экранируют от воздействия на обрабатываемый материал и на блоки устройства излучения, а воздействие на обрабатываемый материал осуществляют в два этапа: на первом проводят предварительное воздействие для подбора режимов работы излучателя с учетом свойств обрабатываемого материала, материала вмещающей его емкости и материалов поверхностей, контактирующих с обрабатываемым материалом и вмещающей емкостью, а на втором этапе осуществляют рабочее воздействие на обрабатываемый материал, при этом предварительное и рабочие воздействия выполняют одностадийными или многостадийными с прямым и опосредованным воздействием.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют возвратно-поступательное перемещение или вращение обрабатываемого материала относительно излучателя для увеличения интенсивности процесса воздействия торсионного излучения на обрабатываемые материалы.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют правовинтовое или левовинтовое торсионное излучение, причем при использовании левовинтового торсионного излучения его отрицательное воздействие нейтрализуют последующим воздействием правовинтового торсионного излучения для обеспечения экологической безопасности воздействия на биосферу.

4. Устройство для изменения свойств материалов, содержащее источник питания, излучатель, управляемый регулятор напряжения, коммутатор полярности, первичный генератор торсионного излучения, отличающееся тем, что в него дополнительно введены таймер, блок схемы совпадений (синхронизатор), согласующее устройство, экран защиты излучателя от электромагнитных излучений, экран защиты излучателя от нерабочих торсионных излучений, идущих от излучателя в окружающее пространство, причем первичный генератор торсионного излучения выполнен в виде задающего генератора импульсов, при этом таймер, источник питания, первичный генератор торсионного излучения, блок схемы совпадений (синхронизатор) и согласующее устройство помещены в экранированный корпус, например полиэтиленовый, защищающий от воздействия торсионного излучения, а излучатель выполнен в виде соленоида с сердечником или без него.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что излучатель выполнен в виде радиоуправляемого автономного блока для обеспечения работы устройства в случае использования полностью заэкранированной емкости для обрабатываемого материала.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что сердечник соленоида выполнен в виде тела цилиндрической, конической, пирамидальной или призматической формы с осевой симметрией или асимметричной формы.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что сердечник соленоида выполнен из мягкого железа, ферритов или сплавов с добавками редкоземельных элементов, при этом соотношение между высотой сердечника и его основанием выбрано равным числам из ряда Фибоначи, стремящихся к величине "золотого сечения", для эффективного регулирования напряженности магнитного поля.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что задающий генератор импульсов выполнен в виде программируемого блока формирования сигнала, который осуществляет создание пакета сложных сигналов по следующим параметрам для каждого импульса в пакете: длительность, период, амплитуда и форма, а также осуществляет соответствующую компоновку импульсов с интервалами по заданной зависимости чередования импульсов и интервалами времени между пакетами сложных сигналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.05.2008

Извещение опубликовано: 27.05.2008        БИ: 15/2008