Способ получения изделий из полимерной композиции

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ на основе термопласта и неорганического наполнителя литьем ее расплава в форму воздействием на расплав физического поля и охлаждением, отличающ и и Си тем, что, с целью улучшения прочностных и антифрикционных свойств изделий, используют коротковолокнистый наполнитель в электретном состоянии и воздействие на расплав , осуществл Л)т электрическим полем напряженностью 10-25 В/см в течение 10-15 мин, а охлаждение начинают на стадии воздействия поля не psfнее , чем через 8 мин после его включения . (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3372924/23-05 (22) 25 12.81 (46) 30.04.83. Бюл. И 1б (72) И.M. Вертячих, В.А..Гольдаде, А.С. Неверов и JI.Ñ. Пинчук

1 (71) Институт механики металлополимерных еистем АН Белорусской ССР (53) 678.027.74(088.8) . (56) 1. Стеклотекстолиты и другие конструкционные пластики:. Под ред.

Я.Д.. Аврасина. И., Оборонгиз, 1960, с..3.2. Авторское свидетельство СССР

N 302249; кл. В 29 С 5/00, 1969 (прототип). ую С 08 J 5/16; С 08. J 3/28 (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ на основе термопласта и неорганического наполнителя литьем ее расплава в форму, воздействием на расплав физического поля и охлаждением, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения прочностных и антифрикционныхсвойств изделий, используют коротко.волокнистый.наполнитель в злектрет" ном состоянии и воздействие на рас" плав, осуществляют электрическим полем напряженностью 10-к5 В/см в течение 10-15 мин, а охлаждение начинают на стадии -воздействия поля не ра.нее, чем через 8 мин после его вклю- g чения.

1014844 .

Изобретение относится к обработке полимеров, в частности к изготовлению изделий из полимеров, находящихся в пластическом состоянии.

Известны способы получения антифрикционных композитов на основе полимеров, при которых широко используются различные наполнители, улучшающие их антифрикционные и прочностные свойства. В качестве таких наполнителей применяют, в частности, стеклянное волокно.

Волокнистый наполнитель, вводимый в полимерное связующее распределяется в нем произвольно или ориентируется намоткой, растяжением или при помощи специальных технологических добавок в наполнитель - ферритов 11).. ,Однако данные способы недостаточно технологичны и производительны,, так как не позволяют совмещать ойерации ориентирования армирующего материала и формования изделия, а введение ферритных добавок не является су" щественно необходимым для дальнейшей эксплуатации иэделий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ по" лучения иэделий из полимерной композиции на основе термопласта и неорганического дисперсного наполнителя путем литья ее расплава в форму, воздействия на расплав физического магнитного поля и последующего охлажде" ния. При изготовлении деталей данным способом, например матриц, термопласт смешивают в смесителе с ферромагнитным порошкообразным наполнителем, полученную композицию засыпают в бункер литьевой машины, откуда смесь подают в нагревательный цилиндр, переводят в расплавленное состояние и подают под давлением в литьевую форму. В литьевой форме осуществляют формование изделий и одновременно распределение порошкообразного ферромагнитного наполнителя в его объеме. Равномерного распределения добиваются воздействием на залитую в Форму композицию магнитным полем (2).

Таким образом, улучшают прочностные и антифрикционные свойства материала, однако эти показатели для ряда применений недостаточно высоки.

Кроме того, способ не позволяет ориентировать в объеме изделия не10

20

Способ осуществляют следующим образом.

З0 Неорганический коротковолокнис. тый наполнитель, например базальтовое или стекловолокно, нагревают до

573-623 К, выдерживают 2 ч, а затем охлаждают в постоянном электрическом поле напряженностью 50- 100 В/см. Подвергнутый такой обработке наполнитель переходит в электретное состоя" ние. Наполнитель-электрет перемеши.вается с термопластом, полученный ,0 композит, расплавляют и подают в литьевую форму. В процессе формования

55 металлический наполнитель, например базальтовое стекловолокно. Применение магнитного поля связано с использованием сложного аппаратурного оформления и приводит к намагничиванию металлических деталей технологического оборудования, что отрицательно сказывается на их работоспособности.

Цель изобретения - улучшение проч. ностных и антифрикционных свойств изделий, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, получения изделий из полимерной композиции на основе ъермопласта и неорганичес" кого наполнителя литьем ее расплава в форму, воздействием на расплав физического поля и охлаждением, используют коротковолокнистый наполнитель в электретном состоянии и воздействие на расплав осуществляют электрическим полем напряженностью 10-25 В/

/см в течение 10-15 мин, а охлаждение начинают на стадии воздействия поля не ранее, чем через 8 мин после его включения.

° изделия на расплав при 443-543 К в течение 10-15 мин действуют электрическим полем напряженностью 20-25 В/

/см.

Как показывают проведенные эксперименты,10 мин - минимальное время, необходимое для ориентирования наполнителя и образования электрета; воздействие электрического поля свыше 15 мин существенно снижает производительность способа, увеличивает энергоэатраты, диапазон напряженности электрического поля заключает в себе оптимальные значения напряженности, характерные для различных полимеров. С целью обеспечения максимального электретного заряда охлаждение начинают на завершающей стадии

Режимы поляризации наполнителя

Режимы поляризации рас-. плава ++

Поверхностная плотность заряда, <10 Кл/см . Пример

Напряженность, Время, электрического мин поля В/см

Напряжение, В

Температура, К

1 573

573

4,8

12,0

10. 50

11,0

10,0

5,5

573

100

2 623

0 3

15,0.

75

О,б

14,5

623

623

100

14,0

3,8

4,l

13,0

3 623

623

12;5

4,5

11,0

М

Продолжительность поляризации наполнителя 2 ч, скорость охлаждения

100 К/мин.

Скорость охлаждения расплава 250 К/мин.

3 .1 0 l 48 воздействия электрического поля не менее чем через 8 мин .после вклюмения поля. .Отличительной особенностью пред лагаемого способа является перевод в электретнов состояние коротковолок:нистого .наполнителя перед формова-. нием изделия. Наполнитель-электрет, -находящийся. в расплаве полимера, несет на своей поверхности разноимен- >О ные электрические заряды и при воздействии на .него. электрическим полем ориентируется в нем. При выдержке и затвердевании расплава в литьевой форме полимерная основа композиции под действием электрического поля поляризуется и переводится в элект- ретное состояние, в результате мего электрический заряд иа поверхности изделия оказывается равным сумме электрических зарядов полимерной основы композиции и его наполнителя.

Таким образом, улучшают прочностные и антифрикционные свойства материала изделия. Изменяя электрический заряд наполнителя, можно эти свойства регулировать.

А р и м е р 1. Готовят вкладыши втулок подшипников скольжения. Их из44 4 готавливают из композиции, в состав которой входят поликапроамид (ПА, ТУ 6-06-309-70) и стекловолокно (СВ, ГОСТ 1027-73) в виде нитей длиной до

10 мм и диаметром до 10 мкм. Степень наполнения ПА стекловолокном 3036 мас.3. Размеры вкладыша, мм: внутренний диаметр 150, наружный 170 и длина 200. Для того, чтобы наполнитель из СВ ориентировался в электрическом поле, его переводят в электретное состояние. С этой целью из CB давлением 1 ИПа прессуют полотно толщиной до 1 см. Сформированное из СВ полотно помещают в термостат между двумя электродами, причем размеры их на 5-7 мм.меньше, чем размеры полотна, что позволяет исключить возможный пробой воздуха между электродами по их краям. На электроды от источника постоянного тока подают напряжение и производят поляризацию-СВ.

При включенном электрическом поле полотно из СВ нагревают до температу" ры"поляризации, выдерживают, после чего температуру понижают до комнатной.

Параметры режима поляризацяи СВ приведены в табдице (пример 1) .

4844 б

100 МПа подают в полость пресс-формы.

4О

В пресс-форме формируют уплотни45

5 101

Переведенное в электретное состояние СВ смешивают в смесителе с гранулами ПА. Наполнение ПА СВ

30 мас. полученную смесь засыпают в бункер литьевой машины, откуда смесь поступает в нагревательный цилиндр, в котором материал в 1-й зоне разогревается до 473 К, во 2-й зоне до 483-493 K и в 3-й зоне - до

513 K. Нагретый до температуры 3-й зоны материал под давлением 120170 МПа подают в полость пресс-формы, где осуществляют формирование вкладыша подшипника скольжения. Процесс формирования совмещают с процессом ориентации электретного наполнителя. Ориентирование происходит в электрическом поле, которое воздействует на материал изделия, находящийся в пресс-форме. Электрическое поле образуется при подаче постоянного напряжения на электроды, роль которых выполняют детали пресс-формы.

Через 8 мин после заполнения оасплавом пресс-формы и начала воздействия электрического поля начинают охлажде- ние расплава.

Технологические параметры режима поляризации материала композита представлены в таблице (пример 1).

В результате воздействия электрического поля волокна СВ, имеющие разноименными заряды, ориентируются в нем и равномерно распределяются по всему объему вкладыша, а сам материал поляризуется и становится электретом. Вследствие этого на поверхности вкладыша образуется электрический заряд, равный сумме электрических зарядов.поликапроамидной основы композиции и наполнителя (см. аблицу, пример 1).

Получая предлагаемым способом вкладыши подшипника скольжения, уменьшают его коэффициент трения по сравнению с известным от О,б8 до

0,38, прочность при растяжении увеличивают от 100 до 150 МПа, прочность при сжатии - от 120 до 140 МПа, относительное -удлинение уменьшают от

70 до 4,54.

Пример 2. Изготавливают уплотнительные кольца вращающихся валов. Размеры колец, мм: наружный диаметр 150, внутренний 100 и высота 20. Их изготавливают из композиции, в состав которой входит полиэтилен высокой плотности (ПЭВП;

ГОСТ 1б338-77) и базальтовое .волок5

1О

15 о

35 но 1 БВ, РСТ УССР 5013-76) в виде нитей длиной до 5 мм и диаметром до

20 мкм. Степень наполнения полиэтиленового овяэующего БВ 5 мас.3, так как введение такого количества БВ способствует формированию более совершенных структур. Для того, чтобы наполнитель из БВ ориентировался в электрическом поле, его переводят в электретное состояние. С этой целью из БВ давлением 1 МПа прессуют полотно толщиной до 1 см. Сформированное из БВ полотно помещают в термостат между двумя электродами, причем размеры их на 5-7 мм меньше, чем размеры полотна, что позволяет исключить возможный пробой воздуха между электродами по их краям. На электроды от источника постоянного тока подают напряжение и производят поляризацию БВ.

При включенном электрическом поле полотно из БВ нагревают до температуры поляризации, выдерживают при ней, после чего температуру понижают до комнатной.

Параметры поляризации БВ приведены в таблице (пример 2).

Переведенное в электретное состояние БВ смешивают в смесителе с ПЭ в соотношении, мас.3:

ПЭ 95-96

%3 4-5

Полученную композицию засыпают в бункер литьевой машины, откуда она поступает в нагревательный цилиндр, в котором материал в 1-й зоне нагревают до 473 К, во 2-й зоне - до 493523 К и в 3-й зоне - до 523-543 К. Иэ

3-й зоны композицию под давлением тельное кольцо. Процесс формования совмещают с процессом ориентации электретного наполнителя. Ориентирование происходит в электрическом поле, которое воздействует на материал изделия, находящийся в прессформе. Электрическое поле образуется при подаче постоянного напряжения на электроды, роль которых выполняют детали пресс-формы. Через l3 мин после заполнения расплавом прессформы и начала воздействия электрического поля начинают охлаждение расплава.

Технологические параметры режима поляризации материала композита приведены в та6лице (пример ? ).

7 10148

В результате воздействия электрического поля волокна БВ, имеющие разноименные заряды, ориентируются в нем и равномерно распределяются по всему объему уплотнительного кольца. Полиэтиленовая основа композиции поляризуется весьма незначительно, так к к полиэтилен относится к плохим электретам.

Получая предлагаемым способом уп,лотнительное кольцо, уменьшают коэффициент его трения по сравнению с известным от 0,21 до 0,084, прочность при растяжении увеличивают от 2,4 до

55 МПа, прочность при сжатии - от 28 до 45 МПа, относительное удлинение уменьшают от 400 до 1,53.

Пример 3. Изготавливают вкладыши для подшипников скольжения из пентапласта (11 ) марки БГ-1" 20

ТУ 6-05-1422-74, наполненного базальтовым волокном марки РСТ УССР 5013-76 в виде нитей длиной до 10 мм и диаметром до. 20 мкм. Размеры вкладыша, мм: внутренний диаметр 180, наружный 2s

200 и длина ?20.

Перед смешением компонентов БВ переводят в электратное состояние способом, указанном в примере 2. Переведенное в электретное состояние БВ зо смешивают с П в соотношении, мас.3:

Пентапласт 90-95

БВ 5-10

Полученную композицию засыпают в бункер литьевой машины, откуда она

1 35 поступает в нагревательный цилиндр, в котором материал в 1-й зоне разогревается до 453 К, во 2-й зоне - до

453-463 К и в 3-й зоне -.до 463473 К. Из 3-й зоны материал под дав40 лением 120-170 МПа подают в полость пресс-формы.

В пресс-форме формуют вкладыши.

Процесс формования совмещают с процессом ориентации электретного наполнителя..Ориентирование происходит в фЯ электрическом поле, которое воздействует на материал изделия, находящийся в пресс-форме. Электрическое поле образуется при подаче постоянного напряжения на электроды, роль которых выполняют детали пресс-формы. Через

10 мин после заполнения распчавом пресс-формы и начала воздействия электрического поля начинают охлаждение расплава.

Технологические параметры режима .поляризации материала композита также приведены в таблице (пример 3,).

Под действием электрического поля волокна БВ, имеющие разноименные заряды, ориентируются в нем и равно-. мерно распределяются по всему объему . вкладыша, а сам материал поляризуется и становится электретом. В результате этого на поверхности вкладыша образуется электрический заряд, 1 равный сумме электрических зарядов полимерной основы композита и его наполнителя (см. таблицу, пример 3).

Получая таким способом вкладыши подшипника скольжения, уменьшают его коэффициент трения от 0,14 до 0,087, прочность при растяжении увеличивают от 43 до 75 МПа, прочность при сжатии - от 70 до 100 МПа, относительное удлинение уменьшают от 135 до 203.

При использовании предлагаемого способа исключаются из состава композита специальные технологические добавки, не являющиеся существенно гсобходимыми при последующей эксплуатации иэделий, упрощается технология подготовки литьевой композиции за счет исключения добавок в наполнитель, упрощается аппаратурное оформление процесса ориентации наполнителя, исключается последствие действия физического поля на детали формующего оборудования (намагничивание ), а также улучшаются прочностные и антифрикционные,свойства изделий.

Kpe pe K Top М . ГНа роши

Подписное

Составитель В. оалгин

Редактор M. Рачкулинец Техоед М.Костик

Заказ 3128/19 Тираж 494

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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