Способ приготовления полимерной композиции
Владельцы патента RU 2277548:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор" (RU)
Изобретение предназначено для изготовления биологической защиты от радиоактивных излучений, применяемых в атомных энергетических установках. Способ приготовления полимерной композиции включает операцию смешения порошкового вольфрама, порошкового железа и порошкообразного полипропилена. Перед смешением порошковый вольфрам подвергают механической обработке в шаровом смесителе при соотношении веса металлических шаров к весу порошкового вольфрама 5:1÷7:1 в течение 3÷4 часов. Предварительная обработка порошкового вольфрама и сочетание компонентов в определенном соотношении позволяет изготавливать из композиции детали без расслоений и дефектов. 2 табл.
Изобретение относится к области переработки полимерных композиций на основе порошковых вольфрама, железа и полипропилена, которые используются для защиты от радиоактивных излучений при эксплуатации атомных энергетических установок.
Свойства наполненного полимерного материала определяются свойствами полимерной матрицы и наполнителей, характером распределения последних, природой адгезионного взаимодействия на границе раздела полимер - наполнитель. Свойства полимерного материала существенно зависят от формы частиц наполнителя ("Энциклопедия полимеров" изд. ""Советская энциклопедия", М., т.2, стр.327).
Известен способ приготовления смесей на основе полимерной матрицы, включающий перемешивание порошкообразных материалов в течение определенного времени в аппаратах различной конструкции воздухом или газом с использованием самих частей, а также различных перемешивающих устройств ("Оборудование для переработки пластмасс", Справочное пособие по расчету и конструированию, под редакцией В.К. Завгороднего. - М.: Машиностроение, 1976, с.82).
Однако известный способ не позволяет изменять структуру твердых частиц в процессе перемешивания с целью улучшения технологических свойств полимерной композиции и ее структуры.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ приготовления полимерной композиции, при котором осуществляют смешение порошковых вольфрама, железа с порошкообразным полипропиленом (технологическая инструкция "Изготовление и переработка материала ПВЖ, 0556.2529100488 РФЯЦ ВНИИЭФ г.Саров, Горьковской области, 2003 г.).
Композиции на основе вольфрама, железа и полипропилена приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||
| Состав полимерной композиции | |||
| Марка материала | Содержание компонентов, % | ||
| Порошковый вольфрам | Порошковое железо | Порошкообразный полипропилен | |
| ПВЖ-2 | 49,7-51,8 | 6,8-7,1 | 43,6-41,2 |
| ПВЖ-4 | 71,7-72,2 | 9,8-10,0 | 18,6-18,0 |
Приготовление композиции включает следующие операции:
- загрузка компонентов в шаровой смеситель в определенном соотношении (см. таблицу 1);
- загрузка металлических шаров в соотношении к суммарной массе компонентов от 2:1 до 3:1;
- смешение в течение 4÷6 часов.
Однако изготовленная известным способом полимерная композиция имеет низкую текучесть, так как порошковый вольфрам является твердым материалом с развитой удельной поверхностью ≈10 м2/г.
Исследования частиц вольфрама бинокулярным стереоскопическим микроскопом МБС-9 показали, что частицы имеют острые края. Наличие в полимере такого наполнителя резко увеличивают эффективную вязкость расплава композиции при ее переработке. На поверхности отпрессованных изделий из полимерной композиции, содержащей такой вольфрам, наблюдаются рыхлоты, раковины, расслоения.
Технической задачей изобретения является приготовление полимерной композиции на основе порошковых вольфрама, железа и порошкообразного полипропилена, которая позволила бы прессовать из нее изделия без дефектов.
Поставленная задача достигается тем, что перед смешением порошковый вольфрам подвергают механической обработке в шаровом смесителе в течение 3÷4 часов при соотношении веса металлических шаров к весу порошкового вольфрама - 5:1÷7:1.
Механической обработке в шаровом смесителе подвергают только порошковый вольфрам, так как он наиболее твердый компонент.
Применение операции механической обработки частиц порошкового вольфрама в шаровом смесителе позволяет обкатать эти частицы, скруглить острые края, приблизив их к шаровой форме. Наличие таких частичек порошкового вольфрама в полимерной композиции позволяет улучшить ее реологические свойства. В заявленном техническом решении предложенный способ получения полимерной композиции позволяет изготавливать детали из нее без дефектов.
Предложенный способ приготовления полимерной композиции реализуют следующим образом.
Для приготовления композиции может быть использован порошковый вольфрам по ТУ48-19-72-92, порошковое железо по ГОСТ13084-88, порошкообразный полипропилен по ТУ2211-015.002.03521-99.
Порошковый вольфрам перед смешением подвергают механической обработке в шаровом смесителе. Диаметр металлических шаров 20-30 мм, время смешения 3-4 часа.
Режимы обработки порошкового вольфрама, состав композиции и состояние поверхности деталей указаны в таблице 2, примеры 1÷10.
| Таблица 2 | ||||||
| Режимы обработки порошкового вольфрама, состав композиции и состояние поверхности деталей | ||||||
| №№ п/п | Технология обработки порошкового вольфрама | Композиция ПВЖ | Текучесть композиции по Рашигу, мм | Состояние поверхности детали | ||
| Соотношение веса шаров к весу вольфрама | Время обработки, час | Содержание порошкового вольфрама, % | Оставшаяся часть композиции (железо + полипропилен)% | |||
| 1 | 4:1 | 3 | 49,7 | 50,3 | 90±2 | Имеются |
| 2 | 4:1 | 4 | 72,2 | 27,8 | 69±2 | незначительные раковины, расслоения |
| 3 | 5:1 | 3 | 49,7 | 50,3 | 127±2 | Нет дефектов |
| 4 | 5:1 | 3 | 72,2 | 27,8 | 112±2 | |
| 5 | 6:1 | 4 | 49,7 | 50,3 | 139±2 | |
| 6 | 6:1 | 3 | 72,2 | 27,8 | 128±2 | |
| 7 | 7:1 | 4 | 49,7 | 50,3 | 147±2 | |
| 8 | 7:1 | 3 | 72,2 | 27,8 | 132±2 | |
| 9 | 8:1 | 4 | 72,2 | 27,8 | 138±2 | |
| 10 | 9:1 | 3 | 72,2 | 27,8 | 141±2 | |
| 11 | По прототипу | 49,7 | 50,3 | 52±2 | Имеются раковины, расслоения | |
| 12 | 72,2 | 27,8 | 43±2 | |||
| Примечание: Текучесть определена по ГОСТ5689-79 |
Анализ таблицы 2 показывает, что при приготовлении композиции ПВЖ состава, мас.%:
| порошковый вольфрам | 49,7÷72,2 |
| порошковое железо | 6,8÷10,0 |
| порошкообразный полипропилен | 18,0÷43,6 |
механическую обработку порошкового вольфрама в шаровом смесителе необходимо проводить при соотношении веса металлических шаров к весу порошкового вольфрама 5:1÷7:1 в течение 3÷4 часов.
Увеличение указанного соотношения экономически нецелесообразно.
Предлагаемый способ получения полимерной композиции позволяет изготавливать детали из нее без дефектов.
Способ приготовления полимерной композиции состава, мас.%:
| Порошковый вольфрам | 49,7÷72,2 |
| Порошковое железо | 6,8÷10,0 |
| Порошкообразный полипропилен | 18,0÷43,6 |
включающий операцию смешения компонентов, отличающийся тем, что перед смешением порошковый вольфрам подвергают механической обработке в шаровом смесителе при соотношении веса металлических шаров к весу порошкового вольфрама 5:1÷7:1 в течение 3÷4 ч.
