Способ изготовления профильных изделий из политетрафторэтилена или его смеси с наполнителем

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРО- ; ФИЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИ IЖНА ИЛИ ЕГО СМЕСИ С НАПОЛНИТЕЛЕМ, , I включ.ающий дозирование поропвсообраз ных материалов в похханевой: экструде| с одноканальной или многоканальной i камерой .спекания, уплотнение, про- J ,давливание потока матесжала через зону спекания и последуювфве охлгикдение зкструдата, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения прсжзводительности процесса :и расширения ассортимента получаемых изделий, после продавливания . ;потока материала: через зону спёка Ния производят разделение его на отг , дельные потоки при 330-ЗВО С с jnitettl шением площади Сечения Иа 4,5 - 40%.

ОбЮЗ CCNRTCHHX с я с с с ас та (19} 01) с с с g с; " . j Ц» .; "сСтс" "т с с «C%

1, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ н свтассссаест ссиастссъатвт

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

,(21) 3346137/23-05 (22) 06 ° 10.81 (46). 30.04.83. Бвл. 9 16 (72) Б.Г.Варламов, А. К.Пугачев, l0.Ô.Дуйичев и A.Í.Филиппов (53) 678.742.2.06 (088.8): (56) i. Патент CI6A Р 3483597, кл. 425-145, опублик. 1969.

2. Иногократная экструзия порош-. кообразного политетрафторатилена-.

Лист технических данных Ф-107 Фи

AN-Си-AN, Великобритания, 1978 (про .. тотип)., (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРО-.

ФИЛЬНЫХ ИЗДЕЛИИ ИЗ ПОЛИТЕЖРАФТОРЭТИ. В 29 0 23/01; В 29 F 3/014» 3СЮ В 29 Е 3 08

ЛЕНА ИЛИ ЕГО СИЕСИ C ИСПОЛНИТЕЛЕМ, вклвчакщнй дозирование порозжообраз ных материалов в поршневой:экструдер с одноканальной или многоканалъной,! камерой спекання, уплотнение, про.давливание потока материала через зону спекання и последующее ох-. лаждение зкструдата, о т л и ч à io: ц и и с я тем, что, с целъв повы: шения производителъности процесса

: и расширения ассортимента нолуча. емюх иэделий, после- продавливания

:потока материала через зону спека- . ния производят разделение его на- от-, . делъные потоки при 330-380"С с уМень- шением площади сечения потока "на 4,5 - 403. с

1014737

Изобретение относится к переработке пластмасс в изделия, в частности к изготовлению профильных изделий из политетрафторэтилена (ПТФЭ) или

его смеси с наполнителем методом поршневой экструзии и может найти применение для изготовления профильных изделий из ПТФЭ или его смеси с наполнителем, применяемых в качестве уплотнительного и антифрикционного материала в машиностроении, а 10 также электроизоляционного материала в кабельной технике и других отраслях промышленности.

Известен способ изготовления про- .фильных изделий из политетрафтор- 15 этилена методом поршневой экструзии. Сыпучий порошкообразный материал дозируют питателем, обычно вибрационного типа, в питательную тарелку

;со скребками откуда полимер сбрасы- 20 вают в обогреваемую камеру поршне; вого экструдера и продавливают через нее поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение . При прохождении через камеру полимер под ,действием тепла и давления сплавля:ется в монолитную массу и после выхода из камеры или на выходе из нее охлаждается.

Этот способ позволяет получать из политетрафторэтилена разнообразные изделия, включая трубы и стержни различного профиля 1 ).

Недостаток известного способа состоит в том, что при изготовле нии изделий малого сечения, напри- З5 мер стержней диаметром 3 мм и менее, производительность оборудования оказывается недостаточной. Например, при длине зоны спекания

1200 мм при получении стержней круг" 40 лого сечения, мм, производительность процесса составляет, кг/ч: ф 20 1,4 . ф10 0,45 ф б 0,18 45 ф 3 Экструдат . разрушается

Разрушение экструдата диаметром 3 мм происходит из-за большого давления В зоне спекания. Приемлемая длина зоны спекания для стержня диаметром 3 мм составляет 300-350 мм, при этом производительность процесса будет 0,06 кг/ч.

Наиболее близким к предлагаемому

IIo технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления профильных изделий из политетрафторэтилена или его смеси с наполнителем, включающий дозирование порошкообраэного материала в поршне- 60 вой экструдер с одноканальной или многоканальной камерой спекания, уплотнение, продавливание его через .зону спекания и последующее охлаждение экструдата.

Этот способ позволяет получить одновременно несколько (до 12) прутков небольшого: диаметра эа счет применения многоканальной камеры поршневого экструдера и производительность его при изготовлении стержней диаметром 3 мм составляет .

0,45 кг/ч экструдата (2 1.

Недостатком такого способа является низкая производительность при получении иэделий с малым сечением, обусловленная трудностью разделения при дозировании потока порошкообразного ПТФЭ на отдельные потоки малых сечений, так как грану лированный ПТФЭ имеет размер частиц порошка 0,6-1,2 мм и неудовлетворительно дозируется в узкие каналы, что приводит к нарушению процесса.

ПТФЭ с наполнителями обладает еще более неблагоприятными свойствами для дозирования в узкие щели, что не позволяет получать из наполненного ПТФЭ изделия малых сечений и су- жает ассортимеит получаемых изделий.

Цель изобретения - повышение производительндсти процесса и расширение ассортимента получаемых изделий

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготоэления профильных изделий из ПТФЭ или его смеси с наполнителем, включаю-. щему дозирование порошкообразиых материалов в поршневой экструдер с одноканальной или многоканальной камерой спекания, уплотнение, продавливание потока материала через зону спекания и последующее охлаждение экструдата, после продавливания потока материала через зону спекания производят разделение его на отдельные потоки при 330-380ОС уменьшением площади сечения потока на 4,5-40%.

При дозировании, уплотнении и спекании ПТФЭ или его смеси с наполнителем подают в виде массивных по-:, токов, что обеспечивает низкое давление экструзии и хорошую свариваемость отдельных порций материала.

При этом можно использовать зону спекания большой длины (1200-1800мм), что позволяет вести процесс при повышенной скорости.

Массивный поток материала после продавливания через зону спекания разделяют при 330-.380 С на несколько потоков. При снижении температуры потока ниже 330 С происходит кристаллизация ПТФЭ, что нарушает процесс экструзии ПТФЭ и не позволяет получать экструдат заданной формы.

При температуре выше 380оС разде- ление потоков происходит удовлетворительно, однако при этом требуется удлинение зоны охлаждения экструдата, что вызывает повышение давления экструзии.

1014 37

Предлагаемый способ модеп быть осуществлен с помощью известных устройств - поршневых экструдеров с вибропитателем или питателем челноч ного тица. Выбор того или иного типа питательной системы зависит от типа экструзионных изделий. В основном могут быть использованы поршневые экструдеры, содержащие вибрационный питатель со скребками, одноканальные или многоканальные камеры спекания с нагревателями, установленные.под пктателем, и поршневой пресс„.:смонтированный над камерой спеканкя с поршнем, установленным с возможностью. перемещения во входовую часть камеры спекания и обратно. При этом в нижней части спекательной камеры укрепляют рассекатель, разделяющий поток расплава ПТФЭ на отдельные части требуемой формы. Суммарная площадь сечения отдельных потоков

ПТФЭ в рассекателе должна быть на

4,5-40% меньше площади сечения канала спекательной камеры, а вход в каналы рассекателя - плавным, беэ усТупов. Температура потока ПТФЭ в зоне рассечения потока должна быть выше 327©Ñ, т.е. выае темпера. туры плавления кристаллической фазы ,ПТФЭ, но не более 380 С.

При уменьшений сечения потока

ПТФЭ более чем на 40% наблюдается сильная ориентация материала и скручивание экструдата, а при уменьшении сечения потока ПТФЭ .менее, чем на 4,5% форма экструдата сильно отличается от заданной.

В качестве исходного сырья для осуществления предлагаемого способа могут быть использованы различные типы свободносыпучего ПТФЭ с размером частиц от 200 до 2000 мкм. При получении профильных изделий особо малых размеров (2,0-3,0 мм ) наиболее предпочтительным является гранулированный ПТФЭ, полученный предвари-. тельным спеканием суспенэконного полимера при 380 С с последующим измельчением в роторной дробилке ° Та- кой материал выдерживает высокое давление (до 400. кг/см )экструзии и обеспечивает хорошую свариваемость

:отдельных порций материала в спека-; тельной камере.

Обнаружено., что вйсокое качество изделий достигается при использо ванин гранулированного ПТФЭ, наполненного графитом,. коксом, стеклово-, ;локном и другими :: наполнителями при их содержании до 40 об.Ъ .Экструзия наполненного ПТФЭ проходит Под давлением на 20-303 большим, чем при переработке ненаполненного ПТФЭ, а профильные изделия отличаются .высокой размерной точностью и блеском поверхности.

Способ осуществляют на поршневых экструдерах в следующей последовательности операций °

В вибропитатель экструдера загружают порцию порошкообразного мате5 риала. Нагревают камеру спекания экструдера и устанавливают заданный температурный режим по длине камеры. В канал камеры со.стороны входа вводят пробку из ПТФЭ, перекрываю1О щую полость канала. Со стороны выхо-, да камеры в канале укрепляют рассекатель потока с несколькими каналами, суммарная площадь которых ка 4,5—

40% меньше площади сечения канала

15 камеРы. Поршнем пресса продавливают

| пробку из ПТФЭ вдоль канала, а затем включают вибропитатель и подают порошкообразный материал в канал ка-. меры, уплотняют его и продавливают через зону спекания. На выходе иэ ка» меры поток материала с температурой 330-380 С разделяют рассекателем на отдельные потоки и охлаждают, экструдат до формоустойчивого состояния °

Скорость экструзии устанавливают> регулируя длину хода и число ходов поршня в минуту. Давление экструзии определяют по манометру в гидроцилиндре поршня.

Характеристику экструдата полу-. чают путем- определения его размеров . и разрушающего напряжения при рас-. тяжении и удлинения прк разрыве вдоль направления экструзии а также путем

35 осмотра внешнего вида. Формоустойчивость иэделий определяют нагревом: кх при 260 С в течении 2 ч с после- дующим осмотром к обмером сечения.

П р и .м е р 1. Гранулированный

40 свободносыпучий ПТФЭ с размером частиц 700 мкм и насыпной плотностью

О,б г/смз загружают в вкбропитатель. поршневого экструдера с приводом поршня усилием 10 тН.

45 Поршневой экструдер снабжают камерой спекания длиной 1200 мм и с каналом постоянного сечения 25Х20 мм, Камеру нагревают секциями электро:, нагревателей в 4 зонах к устанавли- вают в зонах длиной 260 мм температуру, С

I 370

I I 390

II I 370

IV 350

В нижнюю часть камеры s IV зоне нагрева устанавливают рассекатель длиной 50 мм, снабженный 18 каналами прямоугольной формы 2,4 х 9,2 мм каждый. Суммарная площадь сечения

60 каналов составляет 3,97 см, причем эта площадь на 20,4% меньше площади; канала камеры спекания. Температура на входе в рассекатель 350",С.

Вначале в канал камеры вводят

65 пробку из ПТФЭ размером 25 20 мк

1014737 и длиной 20 мм, продавливают пробку в канал камеры и включают вибропитатель и привод поршневого пресса.

После поступления порции порошка

ПТФЭ в верхнюю часть камеры его уп.лотняют и продавливают вдоль канала 5 камеры через зону спекания. Ход поршня в канале камеры устанавливают равным 35 мм, число ходов порш5„, При продавливании потока ПТФЭ Я через камеру спекания материал, сплавляют в монолитную массу (гель) и при 350 С поток направляют в рассе;катель, где его разделяют на 18

;отдельных потоков в каналах рассе-.

:кателя и охлаждают до 280 С.

Скорость экструзии составляет

3,1 кг/ч профильных изделий при суммарной производительности поэкструдеру 54 пог.м/ч..

Давление при экструзии достигает

170 кг/см-.

Полученные изделия имеют следующие характеристикиг

Разрушающее на

25 пряжеиие при растяжении, кг/см 2502 10

Относительное удлинение,. % 220 + 15

Плотность, г/см9 2,15 + 0,01

Размеры сече- 30 ния мм . 9,02.+ 0,08

Внешний вид Ровные гладкие

Ф стержни,без трещин и рас-. слоений : 35

После испытания на формоустойчивость при 260 С образцы полностью . .сохраняют форму и размеры. Пример 2. С использованием поршневого экструдера и оснаст- 40 ки к нему, согласно примеру 1, изготавливают профильные изделия - за готовки уплотнительных колец прямоугольного сечения 2,0 К 9,0 мм из ПТФЭ, выполненного 20 мас.Ъ порошкообразно-45 го кокса литейного с размером частиц 40-70 мкм.

Режим дозирования, уплотнения и проталкивания материала через зону спекания устанавливают; как в примере 1.

Камеру спекания нагревают в 4 зонах до следующим температур, С:

I 360.

II 370

II I 350 - 55

I × 340

Разделение потока материала после сплавления осуществляют при 330 С, причем сечение потока уменьшают на

20,4В, как в примере 1. 60

Давление при экструзии достигает

200 кг/см,", скорость экструзии—

2,4 кг/ч или 61 пог. м/ч экструдата.

Экструда имеет прочность при растяжении 180 «+ 15 кгс/см, относительное удлинение при разрыве 90110%, гладкую поверхность без трещин и расслоений.

После подогрева при 260 С образцы сохраняют форму и размеры 9 „.И0,08мм и 2,0 + 0,03 мм.

Пример 3. С использованием такого же экструдера как и в примере 1, изготавливают профнльное иэделиестержень круглого сечения диаметром

2,0 мм из ПТФЭ той же марки.

-. Используют камеру спекания с 4 каналами диаметром 9,2 мм, длиной

1500 мм и снабженную 4 секциями на-: гревателей.

Камеру спекания нагревают по

4 зонам до 370, 390, 380 и 360 С по ходу экструзии. В нижней части каналов камеры спекания устанавливают рассекатели длиной 30 мм с 16 каналами диаметром 2,25 мм.

Экструзию проводят в той же последовательности, что и в примере 1.

Ход поршня в канале камеры спекания. устанавливают равным 50 мм, число ходов поршня — 8„-, При дозированйи порошка ПТФЭ вибропитателем поток разделяют на

4 части, которые подают скребками в 4 канала спекательной камеры.

Уплотнение и продавливание полимера осуществляют поршнем, совершающим возвратно-поступательное движе- ние во входовую часть камеры. При продавливании потоков ПТФЭ через каналы камеры спекания материал сплавляют в монолитную массу и при 380 С потоки направляют в рассекатель. В рассекателях потоки ПТФЭ разделяют на 16 потоков диаметром 2,25 ик, уменьшая сечение на 4;5%.

Скорость экструзии составляет

5,6 кг/ч или 875 пог. м/ч экструдата диаметром 2 мм, а давление при экструзии — 220 кгс/см

Полученный экструдат имеет прочность при растяжении 280 кгс/см, суносительное удлинение нри разрыве 190%, плотность 2,14 г/см . Диаметр стержней 2,02 + 0,02 мм. Поверхность стержней гладкая без трещин и отслоений.

После прогрева при 260 С образцы экструдата сохраняют первоначальные форму и размеры.

If p и м е р 4. Из ПТФЭ, содержащего в..качестве антифрикционно- го наполнителя 15 мас.% дисульфида молибдена с размером частиц 40100 мкм, изготавливают стержни диаметром 2 мк. Используют поршневой экструдер, камеру спекания и другую оснастку, как в примере 3.

Камеру спекания нагревают по 4 зонам до 370, 380, 370 и 340 С соответственно по ходу экструзии.

Температура на входе в рассекатель

340 С. 1014737

Используют поршневой экструдер, как в примере 1, который снабжают камерой .спекания длиной 900 ьи с двумя каналами сечением 10 х 12 мм..

В нижней части камеры в каждый из каналов. устанавливают рассекатель потока длиной 15 ьи:, снабженный .

20 каналами сечением 1,7 Х 2,2 мм, причем их общая площадь (75 АР)на

40% меньше площади сечения канала камеры спекания.

Нагрев камеры спекания в 4 зонах доводят до 380, 390, 370 и 35СРС. ход поршня устанавливают равным

40 мм, число ходов 10Д-.

При дозировании материала его

Поток разделяют на две части, котооые уплотняют и проталкивают поршнем через зону спекания, и затем при

360ОС из двух потоков повторно раз-;; деляют на 20 потоков в каналах рассекателя и охлаждают до 260 С при выходе из рассекателя.

Скорость экструзии составляет

2,82 кг/ч или 710 пог. м/ч экструдата размером 1,52+ 0,02 . 2,04 + + 0,02 мм.

-Разрушающее напряжение при растя женин образцов 180 кгс/смТ, относительное удлинение при разрыве

120%. Поверхность экструдата ровная, гладкая без трещин и отслоений.

После испытаний на формоустойчи-, вость образцы сохраняют первоначаль" ные форму и размеры.

Составитель A.Ðîæêîâ

Редактор Н.Безродная Техред О.Неце КорректорИ.Шулла

Зжаз 3103/13 Тираж 647 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Экструзию проводят в последовательности согласно примеру 3, Скорость экструзии составляет

6,2 кг/ч или 920 пог. м/ч экструдата диаметром 2 мм, давление -при экст.рузии -. 240 кгс/см.. 5

Полученный экструдат имеет разрушающее напряжение при растяжении

200 кг/см,относительное удлинение при разрыве 140В, поверхность экструдата с блеском, без трещин и расслое- 10 . ний. После прогрева при 260 С экструдат сохраняет первоначальную форму и размер сечения 2,04 +,— 0,01 мм.

Пример 5. Из ПТФЭ, содержащего 60 мас.% бронзового порошка )5 с размером частиц 50-90 мкм, изготавливают стержни диаметром 2 мм. Ис пользуют поршневой зкструдер и оснастку к нему согласно примеру 3.

Камеру спекания нагревают по 4 .. 20 зонам до 370, 380, 370 и ЗЗО C. Тем пература на входе в рассекатель 330 С.

Экструзию проводят в той же последовательности, что и в примере 3.

Скорость экструзии составляет

14,2 кг/ч или 910 пог. м/ч экструдата диаметром 2 мм, а давление—

255 кгс/см .

Полученный зкструдат имеет разрушающее напряжение при растяжении

180„кгс/смк, относительное удлине: ние при разрыве 120%, плотность

5,3 кг/см . Диаметр стержней 2,03

+ 0,02 мм, поверхность гладкая, без трещин и расслоений. После испытания на формоустойчйвость при 26(РС 35 образца экструдата сохраняют исход- . Как видно из приведенных приме- . ные размеры и форму ° ров, предлагаемый способ в сравнений

П р.и м е р 6..Из ПТФЭ, напол- с известными имеет в 6-30 раз больиенного 15% кокса и 5% дисуяьфида шую производительность при изготовмолнбдена, изготавливают профиль- 4п ленин изделий малого сечения, позное иэделие, с размером сечения воляет значительно расширить ассор- .

1,5> 2 мм для применения в качестве тимент получаемых изделий и улучшить уплотнения в машиностроении. их качество.