Способ изготовления щетинных изделий

 

(Использование: щетино-щеточное производство . Сущность изобретения: способ изготовления щетинных изделий, состоящих из держателя и зафиксированных в нем щетинных элементов из термопластичного синтетического материал-а путем выполнения в держателе гнезда для размещения нерабочих концов щетинных элементов, расплавления нерабочих концов щетинных элементов с образованием утолщения при уменьшении, при этом их длины и закрепления утолщения в гнезде держателя. Гнездо держателя выполняют по высоте с переменным сечением, нижние участки которого выполняют с поперечным сечением, меньшим, чем поперечное сечение утолщения, утолщение и/или стенки гнезда нагревают до температуры стыковки, при которой термопласты находятся в энтронийноупругом состоянии, лежащей в пределах между температурой затвердевания и температурой текучести в случае выполнения гнезда и утолщения из атмосферных термопластов, и температурой затвердевания и температурой плавления кристаллита в случае выполнения гнезда и утолщения из частично кристаллических термопластов, а закрепление утолщения в гнезде осуществляют в этом состоянии за счет тепловой деформации . В з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил. (Л С

К у

C0IO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PFCrlYbrlVlK (s<>s А 46 В 3/00

АРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

СТВО СССР

ГЕНТ СССР) Г ОС у

BEÄ (ГОС

ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

АТЕ НТУ I

\ 1

Гс l г-, О (21) 614921/12 (22) 2.08.89 (46) 3.08.93. Бюл, N 31 (31) 3828571.1 (32) 3.08.88 (33) (71) (О Е) (72) (56) еорг Вайраух (DE) атент США ¹ 4637660, 46 В 3/04, 1987. кл.

Е

Коронет-Верке Хайнрих Шлерф ГмбХ (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЩЕТИНН Ы (ИЗДЕЛ И Й (57);Использование: щетина-щеточное произв дство. Сущность изобретения: способ

1 изг товления щетинных изделий, состоящих из держателя и зафиксированных в нем щет нных элементов из термопластичного син етического материала путем выполнения в держателе гнезда для размещения нерабочих концов щетинных элементов, ! !

1 Изобретение относится к щетино-щеточ ому производству.

Со времени появления термопластичны синтетических материалов и их использования в изделиях из щетины не было не остатка B попытках к тому, чтобы использо ать термопластичные свойства таких си тетических материалов для того, чтобы закреплять щетинки на держателе щетины.

Пр этом, в частности, действовали таким об азом, что пучок щетинок расплавляли на его конце со стороны закрепления, так что об азовывалось утолщение, которое затем испо ьзовалось для закрепления в держателе ще ины. Так, например, является известны (описание изобретения к патенту США

„;, ЯЦ „„183б042 АЗ расплавления нерабочих концов щетинных элементов с образованием утолщения при уменьшении, при этом их длины и закрепления утолщения в гнезде держателя. Гнездо держателя выполняют по высоте с переменным сечением, нижние участки которого выполняют с поперечным сечением, меньшим, чем поперечное сечение утолщения, утолщение и/или стенки гнезда нагревают до температуры стыковки, при которой термопласты находятся в энтронийноупругом состоянии, лежащей в пределах между температурой затвердевания и температурой текучести в случае выполнения гнезда и утолщения из атмосферных термопластов, и температурой затвердевания и температурой плавления кристаллита в случае выполнения гнезда и утолщения из частично кристаллических термопластов, а закрепление утолщения в гнезде осуществляют в этом состоянии за счет тепловой деформации. В з и. ф ль1, 1 табл.. 2 ил, ¹ 26634316) изготовление грубой кисти за счет того, что пучок щетинок вводят в снабженное задним вырезом проходное отверстие ручки и расплавляют на его введенном конце с задней стороны, Вслед за тем расплавленный материал щетинок равным образом вытесняет с задней стороны в задний вырез, После охлаждения пучок щетинок прочно зафиксирован в держателе.

В основе изобретения лежит задача предложить способ, при котором возможно соединение щетинок из термопластичного синтетического материала с производными держателями щетины при минимальной потребности во времени.

1836042

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что отверстия в держателе щетины выполняют со свободным поперечным сечением, по меньшей мере, по зонам меньшим, чем поперечное сечение утолщений на концах щетинок, и что утолщения и/или стенку отверстий нагревают до температуры стыковки, лежащей между температурой застывания и температурой текучести в случае аморфных термопластов, соответственно между той температурой и температурой плавления кристаллита при частично кристаллических термопластах, соответственно удерживают при той температуре стыковки, при которой термопласты находятся в энтропийноупругом состоянии, и в этом состоянии утолщения вставляют в отверстия за счет тепловой деформации, В противоположность уровню техники для процесса соединения в изобретении используют не пластическую характеристику синтетического материала выше температуры плавления кристаллита или текучести, а так называемую энтропийную упругость (терм оуп ру гость) всех термопл асти чн ых синтетических материалов выше той температуры (температуры застывания), при которой застывает молекулярное ориентирование, но ниже той температуры (температуры текучести в случае аморфных термопластов, соответственно температуры плавления кристаллита при частично кристаллических термопластах), при которой молекулярное соединение настолько ослабляется, что термопласт начинает течь и уже молекулярно более не восстанавливается, Если термопластичный синтетический материал нагревают до такой температуры стыковки выше температуры застывания, то его можно деформировать при относительно малых условиях. При охлаждении термопласт вследствие молекулярной переориентации вновь пытается принять первоначальную форму. Согласно изобретению возникающие при этом изменение формы используют для процесса соединения щетинок и держателя щетины. При этом в деталях поступают следующим образом:

Щетинки при одинарном или комплексном расположении сначала расплавляют на их концах. со стороны закрепления. При этом известным образом первоначально вытянутая молекулярная структура переходит в скрученную молекулярную структуру, приводящую нри уменьшении длины щетинок к утолщению. на конце со стороны закрепления, При охлаждении эта структура сохраняется, причем температура застывания (при нагреве также вызываемая "температурой размягчения" ) в случае аморфных термопластов находится выше температуры перемещения, при частично кристаллических термопластах — ниже нее. Если щетинки их утолщением вставляются в отверстия на держателе щетины под давлением или при тяге при повышенной температуре, в любом случае выше температуры застывания и преимущественно немного ниже температуры текучести (при аморфных термопластах), соответственно в зоне температуры плавления кристаллита (при частично кристаллических термопластах), то утолщение при прохождении сужения поперечного сечения отверстия при создании внутренних напряжений претерпевает изменение формы вследствие термоупругости синтетического материала. При охлаждении материала в зоне утолщения при снятии внутренних напряжений пытается вновь принять первоначальную форму утолщения (релаксации), чему препятствует сужение поперечного сечения. За счет этого внутренние напряжения по меньшей мере частично сохраняются, и они используются в качестве усилий зажима для щетинок в отверстии держателя щетины. Этот эффект возникает независимо от материала держателя щетины, так что;для него могут использоваться произвольные материалы. Если также держатель щетины состои1 из термопласта, то также до повышенной температуры может нагреваться лишь стенка отверстия, В этом случае релаксация стенки отверстия обеспечивает зажим щетинок, соответственно их утолщения. При таком спаривании материалов до температуры стыковки могут нагреваться также оба элемента, следовательно утолщение на концах щетинок и стенка отверстия, Во всех случаях речь идет о тепловой деформации:

Таким образом достигают прочную посадку щетинок в держателе щетины, Большое преимущество способа согласно изобретению состоит в том, что расплавление концов щетинок для образования утолщения может осуществляться при операции способа, отделенной от собственного процесса соединения, и собственное соединение осуществляют при низкой температуре, чем температура текучести, так что для окончательного охлаждения до достаточно низкой температуры манипулирования с изделием требуется преодолеть существенно меньшую разность температур и отпадает необходимый в иных случаях отвод теплоты направления, что привацит к значительному уменьшению времени такта машины для собственного процесса соединения, 18360 "

Ниже приведены определяющие темпеатуры для отдельных термопластов (см.

; аблицу), Температуру стыковки щетинок и де- . жателя щетины будут устанавливать с слу- 5 ае выбора пары материалов термопласт термопласт держателя щетины и щетинок реимущественно в зоне более низкого знаения КТ, соответственно, ГТ. обоих участ1 ующих партнеров по стыковке и тем самым 10 спользовать в первую очередь изменение ормы этого партнера по стыковке. Так, на- пример, при щетинках из РА (полиамида) с чень высокой температурой плавления ристаллита 265ОС и держателе щетины из 15

Р (полипропилена) при температуре сты- . овки, лежащей вблизи от него точки плавE ения кристаллита 165 С, было достигнуто ревосходное фиксирование щетинок. Еси, напротив, держатель щетины. состоит из 20

- есткого материала, не показывающего ермоупругие свойства в рассматриваемом десь температурном диапазоне, то темпеатуру стыковки нужно устанавливать в сответствии с участвующим термопластом 25 етинок, при РА, следовательно, в диапазое 265 С. B общем далее можно сказать, что аибольшие изменения формы могут достиаться при частичнокристаллических термоластах в диапазоне КТ, при аморфных 30

) ермопластах, напротив, в среднем диапаоне между ЕТ и ГТ.

Согласно одной форме осуществления зобретения предусмотрено, что для щетиок используют термопласт, имеющий при 35 емпературе стыковки большее сопротивлеие деформации, чем термопласт, использумый для держателя щетинок.

При этом осуществлении, следовательо, как в названном выше примере матери- 40 лов, в основном используют лишь зменение формы и релаксацию материала ержателя щетины.

Вместо этого согласно другому примеру существления мо>кет предусматриваться, 45 то для держателя щетины используют теропласт, имеющий при температуре стыовки большее сопротивление деформации, ем термопласт, используемый для щетиок. В этом случае изменение формы огра- 50 ичивается в основном утолщением на онцах щетинок со стороны закрепления.

Выявилось то, что при способе согласно

1 зобретению также могут использоваться ержатели щетины из полностью других ма- 55 ериалов, например, из дерева или терморективных пластмасс. Также там происходит езупречное фиксирование щетинок, При том всегда получается герметическое заыкание. При жестком держателе щетины. например, из дерева или термореактивной пластмассы, в качестве сужения поперечного сечения могут явиться достаточными шероховатости поверхности, B которые проникает термопластичный синтетический материал щетинок эа счет релаксации.

Проявило себя далее, в качестве предпочтительного, когда процесс стыковки производят с таким образом повышенной скоростью, что время стыковки меньше времени релаксации участвующего. соответственно участвующих, термопласта(ов). При этом изобретением используется тот факт, что сопротивление деформации при росте скорости деформации равным образом увеличивается, то есть, партнер по стыковке представляется более твердым, чем он должен был бы быть на основании его температуры. Таким образом, например, возможно вставлять утолщение на концах щетинок в держатель щетины через сравнительно короткое время после расплавления.

При предпочтительном осуществлении способа предусмотрено, что отверстия на держателе щетины в зоне края отверстия выполнены с большим свободным попереч-. ным сечением, чем утолщение на концах щетинок, и, примыкая к этому, с поперечным сечением, уменьшающимся до самого узкого поперечного сечения.

За счет большего поперечного сечения отверстий в зоне края отверстия и его постоянного сужения до самого узкого поперечного сечения возникает некоторого рода вводной скос, облегчающий ввод утолщения в отверстие и при определенных обстоятельствах могущий служить для приема вытесненного материала.

Если отверстия согласно следующему примеру осуществления изобретения снабжены в направлении ввода щетинок позади самого узкого поперечного сечения расширением поперечного сечения, то объем позади самого. узкого поперечного сечения может служить для релаксации деформированного ранее утолщения. Таким образом получается надежное геометрическое замыкание, Следующее осуществление способа согласно изобретению отличается тем, что край отверстий на держателе щетины после вставления щетинок наформовывают на них, За счет этого прежде всего получают свободную от отверстий, соответственно углублений, поверхность, эффективно защищающую от загрязнений. При выглаживании поверхности может также прижиматься возможно- слишком сильно вытесненный назад материал утолщений.

1836042

20

30

40

50

Исходя из названного вначале способа, задачу изобретения можно решить также за счет того, что утолщения на концах щетинок и стенку отверстий равным образом состоя- . щего из термопласта держателя щетины нагревают дс темгературы стыковки, лежащей между температурой застывания и температурой текучести йри аморфных термопла стах, соответственно лежащей между той температурой и темпера уэой плавления кристаллита при частично кристаллических термопластах, соответственнс удерживают при этой температуре стыковки, .при которой термопласты находятся в энтропийноупругом состоянии, и в этом состоянии утолщения вводят в отверстия и раздают на дне отверстия при тепловой деформации стенки отверстия наружу.

При этом используют те же эффекты за счет того, что после раздачи утолщения на дно отверстия стенка отверстия сначала расширяется и затем при зажиме деформированного утолщения релаксирует, Принципиально для держателя щетины можно использовать любую произвольную геометрию. Однако для осуществления способа согласно изобретению в качестве предпочтительного проявил себя держатель щетины, отличающийся тем, что он образован из несущей части в форме плитки с вы. ступающими из нее на стороне щетины или на задней .стороне надставками в форме втулки, и что отверстия на держателе щетины, принимающие щетинки, по меньшей мере на большей части их осевого протяжения, находятся вцутри надставок.

При-этой форме осуществле; ия стенку отверстия вследствие меньшей ее толщины можно быстрее нагреть до требуемой температуры стыковки, чем при массовом держателе щетины.

На фиг. 1, 2, 3, 4 — схематически изобра- жено осуществление способа при первой форме исполнения; на фиг. 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 — схематически изображено прохождение способа при втором варианте исполнения; на фиг, 12 — изображен вариант держателя щетины, согласно фиг. 1; на фиг.

13, 14, 15 — схематически изображено осуществление способа при третьем варианте исполнения; на фиг. 16,,17, 18, 19, 20— различные формы выполнения держателя щетины для осуществления. способа, На фиг. 1 показан пучок щетинных элементов 1 c.: большим числом щетинок 2 из термопласта, имеющий на конце 3 со стороны закрепления утолщение 4. Далее показан вырез из держателя щетины 5 с отверстием 6. Отверстие 6 имеет по меньшей мере по зонам — в изображенном примере осуществления на большей частоте его длины — свободное поперечное сечение, соответственно диаметр d, являющийся меньшим, чем поперечное сечение, соответ5 ственно диаметр dz, утолщения 4 на конце 3 . пучка щетинок 1 со стороны закрепления.

Далее отверстие 6 имеет расширенный край

7, который как описывается далее, прежде всего служит в качестве входного скоса для утолщения 4.

Утолщение 4 на конце 3 пучка щетинок

1 со стороны закрепления получают за счет того, что свободные концы щетинок расплавляют термически илиза счет ультразвука, благодаря щетинки уменьшаются по их длине и расплав собирается, стекаясь, в гранулу расплава, принимающую приблизительно круглую форму и сохраняющую ее при охлаждении, При аморфных термопластах плавление происходит при достижении температуры текучести, при частично кристаллических термопластах в зоне температуры плавления ° кристаллита.

Образующаяся в утолщении молекулярная структура при достижении определенной температуры, которая в случае частично кристаллических термопластов более или менее превышает температуру помещения, застывает. В диапазоне между температурой текучести и температурой застывания утолщение еще является хорошо демпфируемым за счет усилий деформирования вследствие его энтронийноупругих свойств.

В этом состоянии пучок щетинок 1 вводят его концом 3 со стороны закрепления в отверстия 6 на" держателе щетины 5.

При показанном на фиг, 1 примере осуществления также держатель щетины 5 состоит из термопласта, преимущественно такого термопласта, сопротивление деформации которого при повышенной температуре стыковки меньше, чем сопротивление деформации материала щетинок. Отверстия

6, соответственно стенку отверстия, нагревают до повышенной температуры, которая — в зависимости от вида термопласта — в любом случае находится ниже температуры текучести, соответственно температуры плавления кристаллита. Вслед за тем пучок щетииок 1 с утолщением 4 вставляют, соответственно вталкивают в отверстие 6 (фиг.

2), причем утолщение 4 начинает деформироваться на конце входного скоса 7 и одновременно стенка отверстия 6 термоупруго подается и несколько деформируется вниз.

Вследствие этой термоупругости материала держателя щетины и большего сопротивления деформации материала щетинок материал стенки отверстия вытесняется вверх, и утолщение, наконец, попадает на дно 8 от1836042

5

10 отверстия 20 по сравнению с непоказанным утолщением на пучке щетинок за счет конического прохождения стенки отверстия 21.

При зтом поперечное сечение может соот15 ветствовать во входной зоне поперечному

50 верстия. Благодаря термоупругим свойствам и различным сопротивлениям деформа1 ии утолщение 4 вновь занимает начальную орму, тогда как стенка отверстия вследст ие релаксации материала держателя щетиы плохо охватывает утолщение 4 (фиг, 4). В э ом положении пучок щетинок 1 прочно зафиксирован в держателе щетины 5.

На фиг, 5 описана другая форма осущес вления при ее технологическом прохож1 ении, Здесь щетинки 2 расплавляют на их онцах с образованием утолщения 9, кото ое при последующей рабочей операции . (фиг, 6) деформируют в цилиндрическую концевую часть 10, при этом, например, пуч к щетинок 1 втягивают обратно в матрицу

11 (фиг. 6). Держатель щетины 5 имеет в э ом случае цилиндрическое отверстие 12, еющее приблизительно такое же попеечное сечение, что и цилиндрическая коневая часть 10 на пучке щетинок 1. Стенку верстия вновь нагревают до температуры иже температуры текучести, соответствено плавления кристалла. Цилиндрическая крнцевая часть 10 на пучке щетинок1 нахо9 ится при повышенной температуре. ПуЧок етинок 1 его цилиндрической концевой час ью 10 с преимущественно повышенной с оростью вталкивают в отверстие 12 (фиг.

8 и 9), При попадании цилиндрической коневой части 10 на дно 13 отверстия 12 кон евую часть 10 раздают и деформируют показанным на фиг. 10 образом, причем материал держателя щетины 5 непосредственно над дном 13 отверстия 12 термоупругого поддается и частично выходит вверх. Также з есь преимущественно сопротивление де-! ормации материала держателя щетины еньше, чем сопротивление деформации атериала щетинок, так что деформированая при раздаче концевая деталь 14 сохра яет свою, форму и в окончательно о лажденном состоянии прочно зажата в атериале держателя щетины (фиг. 10, 11).

На фиг. 12 показана форма выполнения 4 ержателя щетины с дугой формой отверс ия. Отверстие имеет входной скос 7 аналогично скосу на фиг. 1. Оно имеет .римыкающий к нему цилиндрический учас ок 15, диаметр которого приблизительно соответствует диаметру утолщения 4, Через с упень сюда примыкает следующий цилинрический участок 16, суженный в поперечм сечении по сравнению с утолщением 4, а счет нагрева стенки отверстия и повы- 5 енной температуры на утолщение 4 вновь роисходит процесс стыковки, в конце его остигается изображенное на фиг. 13 полоение, Вслед за тем в этом примере осущевления вытесненный вверх материал 17 держателя щетины наформовывают с помощью формовочного инструмента 18, так что образуется гладкая, при определенных обстоятельствах снабженная углублениями

19 поверхность на держателе щетины 5 (фиг, 14, 15), На фиг, 16 и 17 показаны следующие формы осуществления держателя щетины 5.

При форме осуществления согласно фиг. 16 получается сужение поперечного сечения сечению утолщения и затем постоянно становится меньше. В примере осуществления согласно фиг. 17 вновь предусмотрены входной скос 7, с примыканием к нему сужение поперечного сечения 22 и вслед за тем вновь расширение поперечного сечения 23, На фиг, 18 показан держатель щетины 5 из жесткого также при повышенной температуре материала, например, из дерева или металла. Он может снабжаться произвольно нанесенными или заданными материалом шероховатостями поверхности 24 в зоне стенки отверстия 25. Если утолщение 5 пучка щетинок вводят в отверстие 25 при температуре немного ниже температуры текучести, соответственно температуры плавления кристаллита, то утолщение деформируется термоупругим образом и релаксирует в шероховатости поверхности 24.

В примере осуществления согласно фиг. 19 и 20 держатель щетины 5 выполнен в форме плитки и оснащен надставками 26 в форме втулки на его задней стороне или надставками 27 в форме втулки на его стороне щетины, причем отверстие 28, 29 для фиксирования пучка щетинок в значительной степени находится внутри надставки 26, 27 в форме втулки. Также здесь нагревают стенку отверстия до повышенной температуры и вставляют пучок щетинок описанным

"выше образом.

Формула изобретения

1. Способ изготовления щетинных изделий, состоящих из держателя и зафиксированных в нем щетинных элементов из термопластичного синтетического материа. ла, путем выполнения в держателе гнезда для размещения нерабочих концов щетинных элементов, расплавлении нерабочих конц0B щетинных элементов с образованием утолщения при уменьшении при этом их длины и закрепления утолщения в гнезде держателя, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности, гнездо держателя выполняют по высоте с

1836042

ЧаСтичнО ко

Температура застыв размягчения или ст ния/, ЕТ

125сС

-200С

+57

Яморфные термоп

Температура застыв размягчения или ст йия/., ЕТ

+80 С

+30 С

РЕ/полиэтилен/

PP/ о н/

6 ид/

4 8 .дьг 4

8 4 ф 2 3

6 В

4>иГ 2 фиг переменным сечением, нижние участки которого выполняют с поперечным сечением меньшим, чем поперечное сечение утолщения, утолщение и/или стенки гнезда нагревают до температуры стыковки, при которой 5 термопласты находятся в энтропийноупругом состоянии, лежащей в пределах между температурой затвердевания и температурой текучести в случае выполнения гнезда и утолщения из аморфных термопластов, и 10 температурой затвердевания и температурой плавления кристаллита в случае выполнения гнезда и утолщения из.частично кристаллических термопластов, а закрепление утолщения в гнезде осуществляют в 15 этом состоянии за счет тепловой деформации.

2, Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ.и и с я тем, что щетинные элементы выполняют из термопласта, имеющего при температуре 20 стыковки большее сопротивление деформации, чем термопласт, из которого выполняют де ржатели.

3. Способ по и, 1, от л и ч а ю шийся тем, что держатель выполняют из термопла- 25 ста, сопротивление деформации которого при температуре стыковки больше. чем сопротивление деформации термопласта, из которого выполняют щетинные элементы.

4. Способ по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что время стыковки утолщения и гнезда держателя меньше времени релаксации термопластов стыкуемых элементов.

5, Способ по пп.1-4,отл и ч а ю щ ийс я тем, что держатель щетинных элементов и/или щетинные элементы охлаждают непосредственно после стыковки, 6, Способ по пп, 1-6, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что верхний участок гнезда держателя выполняют с поперечным сечением большим, чем утолщение щетинного элемента.

7, Способ по пп, 1-6, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что гнездо держателя снабжают в направлении ввода щетинок позади самого узкого поперечного сечения расширением поперечного сечения.

8. Способ по пп. 1 — 7, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что край гнезда держателя после закрепления в нем нерабочих концов щетинных элементов наформовывают на них.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после стыковки утолщения и гнезда утолщение расплющивают на дне гнезда при тепловой деформации с одновремен- . ным .образованием кольцевого буртика из материала стенок гнезда вокруг щетинных элементов. г

Щ

l0 12 фиг. 9

1836042

10 11 фиг, б

13 14 фиг. N

14 13 фс/2. И

1836042

22 7

29 . фОс /8

Составитель M,Ñoíèíà

Техред M. Моргентал Корректор M.ØàÐoøè

Редактор Т. Шагова

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

Заказ 2989 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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