Способ изготовления пористого материала преимущественно для фильтрации высоковязких расплавов полимеров

 

Сущность изобретения: способ включает прессование волокна на основе меди и спекание пористой заготовки, затем на спеченную пористую заготовку наносят композиционное электролитическое покрытие никель-бор в течение 0,3-0,6 ч, промывают, сушат и отжигают в вакууме при 600-800°С в течение 1-3 ч. 2 табл.

СОЮЗ СОВ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s С 22 С 1/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4812249/02 (22) 10.04,90 (46) 07.01,93, Бюл. ¹ 1 (71) Институт проблем материаловедения

АН УССР (72) M.Ñ,ØBB÷óê, Н.В.Сечкин, А.Г.Дайбов, А.А.Агарков, Ю,А.Гуслиенко, T.Н.Тихонович и В,И,Осинов (56) Патент Великобритании ¹ 1023501, кл. С 23 С 11/00, 1966.

ТУ 6 — 17 — 869, П вЂ” 87.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам изготовления фильтров, предназначенных для фильтрации расплавов высоковязких полимеров, лаков, в частности для фильтрации расплава полиэтилентерефталата, используемого при изготовлении основы магнитных лент и кинофотоматериалов.

Одним из основных направлений повышения качества изделий выпускаемых предприятиями Минхимпрома СССР является фильтрация расплавов u pGcTBopoB полимеров с целью улавливания всевозможных видов загрязнений, пузырьков газов и гелей, Однако, до недавнего времени этому вопросу не уделялось должного внимания, что приводило к сокращению срока службы оборудования, снижению производительности труда и очень низкому (иногда до 10%) выходу годной продукции.

Пористые материалы, предназначенные для фильтрации расплавов и растворов полимеров, должны отвечать следующим требованиям; высокая степень фильтрации, вплоть до улавливания частиц размером 2 — 3 мкм;

„„59„„1786165 А1 (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА ПРЕИМУЩЕСТВЕННО

ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ВЫСОКОВЯЗКИХ

РАСПЛАВОВ ПОЛИМЕРОВ (57) Сущность изобретения: способ включает прессование волокна на основе меди и спекание пористой заготовки, затем на спеченную пористую заготовку-наносят композиционное электролитическое покрытие никель-бор в течение 0,3 — 0,6 ч, промывают, сушат и отжигают в вакууме при 600-800 С в течение 1 — 3 ч. 2 табл. высокая теплопроводность и термическая стойкость, обеспечивающие равномерный, без окисления прогрев всей фильтрующей поверхности (температура расплава 300 — 350" С); высокие прочностные характеристики исключающие воэможность миграции фильтрующего материала в полимер (давление в фильтре до 200 атм„вязкость до 1000 Па.с,) и обеспечивающие необходимый ресурс работы; хорошая очищаемость и многократность использования; совместимость с фильтруемыми полимерами (не должно быть окисления, расщепления, разложения или обесцвечивания полимеров).

Наиболее полно вышеперечисленным требованиям отвечают пористые материалы, изготовленные из металловолокна. Известен способ изготовления фильтрующих элементов из отрезков проволоки в виде спиралей, которые прессуются и пропитываются эластичным антикорроэионным наполнителем (см,а.с. N 183174, а,с. N. 895578 по кл. В 21 21/00, 27/12 от 27.07,1960 rJ

1786165

20

30

Существенными недостатками вышеуказанных способов является недостаточная прочность, проницаемость, теплоп роводность; сложность изготовления изделий, Фильтроэлементы, изготовленные путем заполнения перфорированного металлического каркаса порошками металлов или металлическими волокнами с последующим спеканием (см. патент Англии N 933825 по кл. B 23 и, С 22 с от 1961 г.), не обладают необходимой высокой теплопроводностью в случае применения материалов на основе нержавеющей стали, никеля и сплавов на основе никеля или их невозможно регенерировать в случае применения медного или бронзового материала из-за химического взаимодействия вышеуказанных материалов с растворителем (полиэтиленгликон), которым промывают фильтроэлементы.

Наиболее близким по большинству существенных признаков являются серийно выпускаемые по ТУ 6 — 17 — 869. П вЂ” 87 фильтроэлементы из порошка оловянной бронзы типа фильтроэлементы ВП вЂ” Б — 40 — 200, которые изготавливают путем свободной засыпки в форму и спекания в среде водорода.

Основными недостатками таких фильтроэлементов является малый ресурс работы из-за невозможности их регенерировать, низкая прочность, что не исключает вторичное загрязнение расплава сферическими частицами, оторвавшимися от поверхности фильтроэлемента, недостаточная совместимость с расплавами (особенно в пусковой момент), что приводит к частичному окислению расплавов полиэтилентерефталата.

Целью изобретения является увеличение ресурса работы, повышение прочности и теплопроводности пористого материала, предназначенного для фильтрации расплавов полимеров.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе изготовления пористого материала, включающем прессование и спекание дискретных медных волокон, наносят композиционное электролитическое покрытие состава никель †б в течение

0,3 — 0,6 ч, полученную заготовку подвергают диффузионному отжигу в вакууме при 600-800 С с выдержкой 1-3 ч.

Известен ряд способов, позволяющих придавать пористым материалам, различные новые свойства путем нанесения покрытий, в частности, например, хромирование через газовую фазу.

Однако без композиционного электролитического покрытия одновременно получить комплекс свойств, оказывающих влияние как на фильтрующий материал так и на фильтрующую среду, невозможно.

Одним из главных условий получения композиционных электролитических покрытий определенного состава и свойств является количество дисперсных частиц в покрытии.

Известно, что при получении композиционных электролитических покрытий (КЭП) максимально возможное количество заращиваемого бора в покрытие составляет 5 мас.%.

Из основных технологических параметров процесса осаждения КЭП определяющее влияние на содержание бора в покрытии оказывает его количество в электролите. Последующая термообработка КЭП приводит к взаимодействию бора с никелевой матрицей и образованию боридов и, таким образом, изменяются свойства покрытий. Поэтому состав композиционных электролитических покрытий существенно влияет на их свойства.

Установлено, что оптимальным содержанием бора в электролите, обусловливающим максимальное их содержание в покрытии и соответственно повышение свойств, является 60-80 г/л.

Пример 1, Фильтроэлемент пористостью 45%, диаметром 175 мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон диаметром 70 мкм, длиной 6 мм методом вибровойлокования при частоте

50 — 20 Гц и последующем двухстороннем поессовании при удельном давлении 5070 МПа, Спекался в среде остроосушенного водорода при 950 С с выдержкой 2 ч. Перед нанесением КЭП Ni-В фильтроэлемент травился в 15%-ном растворе НС! в течение

5 мин, Состав электролитической ванны:

Ni Clz 6Н2О 300 г/л

НзВОз 40 г/л

B 20 г/л что соответствует его содержанию в покрытии 2 — 2,2 мас.%, Плотность тока 10 А/дм, рН 3 — 4, температура раствора 40 С, время осаждения 0,4 ч. После промывки в воде и сушке при 40 С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме 10 4 мм рт.ст, при 600 С в течение 3 ч. Значения величины прочности при изгибе приведены в табл.1.

Пример 2. Фильтроэлемент пористостью 45%, диаметром 175 мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон, диаметром 70 мкм, длиной 6 мм, методом вибровойлокования при частоте

50 — 20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 501786165

10

70 МПа, Спекался в среде остроосушенного водорода при 950 С с выдержкой 2 ч. Перед нанесением КЭП Ni-В фильтроэлемент травился в 15 -ном растворе НС! в течение 5 мин. Состав электролитической ванны:

NiCI2 6НгО 300 г/л

НзВОз 40 г/л

В 80 г/л что соответствует его содержанию в покрытии 3,5 — 4 мас. g . Плотность тока 10 А/дмг, рН 3 — 4, температура раствора 40 С, время осаждения 0,4 ч. После промывки в воде и сушке при 40 С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме 10 мм рт.ст. при 600 С в течение 3 ч. Значения величины прочности при изгибе приведены в табл.1.

Пример 3. Фильтроэлемент пористостью 45, диаметром 175 мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон диаметром 70 мкм, длиной 66 мм методом вибровойлокования при частоте

50 — 20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 50—

70 МПа. Спекался в среде остроосущенного водорода при 950 С с выдержкой 2 ч, Перед нанесением КЭП Ni-B фильтроэлемент травился в 15 -ном растворе НС! в течение 5 мин. Состав злектролитической ванны:

Nl CI2 6Нг0 300 г/л

НзВОз 40 г/л

В 120 г/л что соответствует его содержанию в покрытии 3,8-4 мас. . Плотность тока 10 А/дм, рН 3-4,температура раствора 40 С, время осаждения 0,4 ч. После промывки в воде и сушке при 40 С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме

10 мм рт.ст, при 600 С в течение 3 ч. Значения величины прочности при изгибе приведены в табл.1.

Прочностные характеристики определялись в соответствии с ГОСТ 18228 — 85, Таким образом, оптимальный состав покрытий Ni 3,5 — 4 мас, В, что достигается при введении в электролитическую ванну

60-80 г/л бора.

Пример 4. Фильтроэлемент пористостью 45, диаметром 175 мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон диаметром 70 мкм, длиной 6 мм методом вибровойлокования при частоте

50 — 20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 50—

70 МПа, Спекался в среде остроосушенного водорода при 950 С с выдержкой 2 ч, Перед нанесением композиционного электролитического покрытия Ni-В фильтроэлемент травился в 15 -ом растворе HCI в течение

5 мин. Состав электролитической ванны;

М!С!г 6НгО 300 г/л

НзВОз 40 г/л

В 80 г/л

Катодная плотность тока 10 Аlдм, рН

3 — 4, температура раствора 40 С. Время осаждения 0,16 ч, После промывки в воде и сушке при 40 С фильтрозлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме 10 " мм рт.ст. при 400 С в течение 0,5 ч. Значения величины прочности при изгибе итеплопроводность приведены в табл.2.

Пример 5. Фильтроэлемент пористостью 45%, диаметром 175 мм, высокой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон диаметром 70 мкм, длиной 6 мм методом вибровойлокования при частоте

50 — 20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 5070 МПа. Спекался в среде остроосушенного водорода при 950 С с выдержкой 2 ч, Перед нанесением композиционного электролитического покрытия Nl-В фильтроэлемент травился в 15 -ом растворе НС! в течение 5 мин. Состав электролитической ванны:

Й!С!г 6нго 300 г/л

НгВОз 40 г/л

В 80 г/л

Катодная плотность тока 10 А/дм, рН 3 — 4, температура раствора 40 С, время осаждения 0 3 ч. После промывки в воде и сушке при 40 С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме 10 мм рт.ст, при 600 С в течение 1 ч. Значения величины прочности при изгибе и теплопроводность приведены в табл,2, Пример 6. Фильтроэлемент пористостью 45, диаметром 175 мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон диаметром 70 мкм, длиной 6 мм методом вибровойлокования при частоте

50-20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 5070 МПа. Спекался в среде остроосушенного водорода при 950 С с выдержкой 2 ч. Перед нанесением композиционного электролитического покрытия Ni-В фильтроэлемент травился в 15 -ом растворе HCi в течение 5 мин, Состав электролитической ванны;

NICI2 6НгО 300 г/л

НзВОз 40 г/л

В 80 г/л

Катодная плотность тока 10 А/дм, рН 3-4, температура раствора 40 С, время осаждения 0,4 ч. После промывки в воде и сушке при 40 С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме 10 мм рт.ст, при 700 С в течение 2 ч. Значения величины прочности при изгибе и теплопроводность приведены в табл.2.

1786165

Та бл и ца.1

Зависимость прочности при поперечном изгибе от состава композиционных электролитических покрытий

Пример 7, Фильтроэлемент пористостью 45, диаметром 175 мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон диаметром 70 мкм, длиной 6 мм методом вибровойлокования при частоте

50 — 20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 50—

70 МПа. Спекался в среде остроосушенного водорода при 950 С с выдержкой 2 ч. Перед нанесением композиционного электролитического покрытия Ni-B фильтрозлемент травился в 15 -ом растворе НС! в течение 5 мин. Состав электролитической ванны:

ЮС!г 6НгО 300 г/л

НзВОз 40 г/л

В 80 г/л

Катодная плотность тока 10 А/дм, рН 3 — 4, г температура раствора 40 С, время осаждения 0,6 ч. После промывки в воде и сушке при 40 С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме 10 мм рт.ст. при 800 С в течение 3 ч, Значения величины прочности при изгибе и теплопроводность приведена в табл.2.

Пример 8. Фильтроэлемент пористостью 45, диаметром 175 мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон диаметром 70 мкм, длиной 6 мм методом вибровойлокования при частоте

50 — 20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 50—

70 МПа. Спекался в среде остроосушенного водорода при 950 С с выдержкой 2 ч. Перед нанесением композиционного электрического покрытия Ni-В фильтроэлемент травился в 15 -ом растворе НС! в течение 5 мин. Состав электролитической ванны:

NICl2 6НгО 300 г/л

НзВОз 40 г/л

B 80 г/л

Катодная плотность тока 10 А/дм, рН 3 — 4, г температура раствора 40 С, время осаждения 1 ч. После промывки и сушке при 40 С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме 10 мм рт.ст. при

850 С в течение 4 ч. Значения величины

5 прочности при изгибе и теплопроводность приведены в табл.2.

Прочностные характеристики определялись в соответствии с ГОСТ 18228 — 85, а теплопроводность оценивалась на установ10 ке для измерения теплопроводности ИТЛ-400.

Технический эффект от использования изобретения приведен в табл.2 и в акте промышленных испытаний проведенных на

15 НПО "Свема".

Промышленные испытания показали, что фильтроэлементы изготовленные заявляемым способом прочнее чем прототип в

2 — 3 раза, из-за более высокой теплопровод20 ности удалось улучшить равномерность основы по толщине разнотолщинность не более 2 мкм, обладают более высоким ресурсом. В настоящее время фильтроэлементы прошли шестикратную регенерацию и

25 ресурсные испытания продолжаются.

Формула изобретения

Способ изготовления пористого материала преимущественно для фильтрации

30 высоковязких расплавов полимеров, включающий прессование волокна на основе меди и спекание пористой заготовки, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения прочности, теплопроводности и ресурса ра35 боты материала, на спеченную пористую заготовку наносят композиционное электрическое покрытие никель — бор в течение 0,3 — 0,6 ч, полученную заготовку промывают, сушат и подвергают

40 диффузионному отжигу в вакууме при 600—

800 С в течение 1-3 ч, 1786165

Таблица 2

Время на- Прочность, несения по- МПа крытия, ч

ТеплопроВодность, Вт/м К

Ресурс, ч

Фильтроэлемент

38,5

120

Растворяется

Хорошая

400 С,0,5ч

0,16

26,5

720

Хорошая

Хорошая

15

25

Составитель М, Шевчук

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор fl. Пилипенко

Редактор

Заказ 232 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Прототип

ФЭВП-Б-40

Предлагаемый способ

Никель НП-2

Нержавеющая сталь

12Х18Н9Т

Режим термообработки после нанесения пок ытия

600 С,1ч

700 С,2ч

800 С,З ч

850 С,4 ч

0,3

0,4

0,6

1,0

49

68,5

73,5

84

130

36

39

41,5

42,2

12,5

1,7

Химическая стойкость в полизтиленгликоле