Способ получения полимерных изделий

 

< 11887588

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6овв Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.12.79 (21) 2848324/23-05 с присоединением заявки ¹ (51) М. Кл, С 08J 5!02

Государственный комитет (23) Прнорнтет (43) Опубликовано 07.12.81. Бюллетень № 45 (45) Дата опубликования описания 07.12.81 (53) УДК 628.027.72 (088.8) ио делам изобретений и открытий

В. А. Гольдаде, А. С. Неверов, Л. С. Пинчук и.*н.,"М. Вертйчих

Институт механики металлополимерных истем А Н .

Белорусской ССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЯ

Изобретение относится к области переработки полимерных материалов, в частности к изготовлению изделий из твердых дисперсий полимеров.

Формирование изделий из полимерных композиций, содержащих жидкофазные с низкой температурой вспышки и твердые, неплавящиеся при температуре переработки, компоненты, ограничивает диапазон применения методов литья под давлением.

Известен способ получения полимерных изделий литьем под давлением путем предварительного таблетирования пресс-материалов (1). Однако это приводит к повышенному расходу энергии и усложняет технологический цикл.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения полимерных изделий, включающий смешение дисперсного полимера или композиции на его основе с двумя или более смазками с различными интервалами температуры плавления (жидкофазный наполнитель) с последующей подачей в пресс-форму и прессованием (2).

Однако текучесть указанной композиции реализуется в пресс-форме в условиях повышенных температур, что затрудняет возможность механизации процесса загрузки пресс-формы для изготовления тонкостенных изделий и деталей сложной конфигурации.

Целью изобретения является повышение производительности и технологичности способа.

Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа получения »олимерных изделий путем смешения дисперсного полимера или композиции на его основе с жидкофазным наполнителем, последующей подачи в пресс-форму и прессования, полимер или композицию на его основе диспергируют в низкомолекулярной жидкости, термодинамически несовместимой с по15 лимером, и после подачи полученной дисперсии в пресс-форму удаляют избыток низкомолекулярной жидкости.

Сущность изобретения заключается в том, что диспергирование и транспортирование

20 в формы композиции на основе полнмерного порошка и жидкофазных компонентов, например пластификаторов, осуществляют с помощью технологических низкомолекулярных жидкостей. Таким образом устра25 няются затруднения, связанные с низкой сыпучестью пластифицированных порошков. Отличительной особенностью способа является термодинамическая несовместимость технологических жидкостей с компоЗО нентами композиции, что исключает раст887588

65 ворепие компонентов композиции в технологической жидкости. При реализации способа имеют место следующие взаимодействия, Полимерный порошок, обладающий высокоразвитой поверхностью, адсорбирует жидкофазные компоненты в процессе смешения композиций. При последующем диспергировании композиций с помощью технологических жидкостей взаимодействие последних с пластификатором реализуется на огромной площади. Это приводит к образованию эмульсий пластификатора в технологических жидкостях. Таким образом, низкомолекулярные жидкости, несовместимые в отдельности ни с полимером, ни с пластификатором, облегчают диспергирование композиций, при этом полимерный порошок выступает в роли эмульгатора. Технологическая жидкость выбирается низкомолекулярной, исходя из экономических соображений (стоимость, доступность и т. д.).

Отличительной особенностью способа является также то, что предварительное смешение полимерного порошка с пластификатором исключает поглощение технологических жидкостей порошком и способствует их свободному удалению на последующих стадиях переработки.

Смесь пресс-композиции с жидкостями заливают в формы, после чего большая часть жидкости удаляется свободным стеканием или в результате подпрессовки. Оставшаяся жидкость заполняет промежутки между частицами порошка, увеличивая теплопроводность смеси. Это приводит к сокращению времени, необходимого для прогрева пресс-форм, и увеличению производительности метода. Технологические жидкости используются для введения в композиции ингибиторов коррозии, красителей, вспенивателей, металлсодержащих наполнителей, мономеров и других веществ, которые могут находиться в виде растворов, суспензий, эмульсий. Такой метод введения наполнителей гарантирует их равномерное распределение по объему материала даже в тех случаях, если наполнитель плохо совмещается с пластификатором.

В данном способе перерабатывают композиционные материалы на основе гидрофобных порошковых или волокнистых термо- и реактопластов дисперсностью 20—

500 мкм.

В качестве жидкофазных наполнителей в композициях преимущественно используются продукты на основе минеральных и растительных масел, а также жирные кислоты и их соединения.

В данном способе низкомолекулярной жидкостью может служить вода, спирты, кетоны и другие продукты, термодинамически несовместимые с компонентами композиций (т. е. не обменивающиеся с последними энергией и веществом). В низкомолекулярных жидкостях могут быть раство10

50 репы пли взвешены целевые добавки в композицию.

Весовые соотношения компонентов в смеси могут быть следующие, мас. ч.:

Полимерная дисперсия 15 — 10

Жидкофазный на.полнитель 15 — 10

Низкомолекулярная жидкость 70 — 80

Низкомолекулярную жидкость удаляют путем подпрессовки смеси в пресс-форме, лиоо путем вакуумирования рабочего объема формы. В первом случае применяют давление порядка 1 — 10 МПа при температуре, пе выше температуры кипения жидкости; во втором — используют разрежение 10 —

10" Па, Время удаления жидкости зависит от геометрических размеров изделий. Для удаления низкомолекулярной жидкости, обладающей малой вязкостью, целесообразно использовать технологические зазоры в пресс-формах, создаваемые для вытеснения воздуха. Особенность способа в том, что небольшое (до 2 — 3 ) содержание технологической жидкости в наполненном жидкофазным наполнителем композите, несущественно влияет на качество изделий.

Пример 1. Формируют кольцевые проставки для защиты от коррозии муфтовых соединений насосно-компрессорных трубопроводов, перекачивающих пластовые воды. Их изготавливают из композиций, в состав которых в равных весовых соотношениях входят порошкообразный полиэтилен низкой плотности (ГОСТ 16337 — 70) и жидкофазный наполнитель — ингибитор кислотной коррозии металлов ГРМ (гудрон соапстока чернохлопкового масла и технического яира). Толщина проставки 4 мм при высоте кольца 40 мм. Поскольку используемая композиция совершенно не обладает сыпучестью изготовление проставок методом спекания в пресс-формах обычной конструкции представляет значительную трудность. В соответствии с предложенной технологией смесь на основе порошкообразного полиэтиена и гудрона диспергируют в

10 /о-ном водном растворе оксалата железа (ГеС 04). Компоненты смешивают в следующем соотношении, мас. ч.:

Полиэтилен 15

Гудрон 15

10О/о-ный раствор оксалата железа

Полученую квазисуспензию, вязкость которой при комнатной температуре близка к вязкости, воды, заливают в пресс-формы, установленные на поточной линии. Избыток водного раствора вытекает из форм через технологические зазоры, после чего производят подпрессовку форм давлением 2 МПа в течение 5 — 10 с для окончательного удаления избытка жидкости. На следующей позиции содержимое прессформы нагревают до 523 К и выдерживают при этой тем887588

55 б0 б5 пературе под давлением 10 МПа в течение

6 — 8 мин. Затем охлаждают формы ниже

390 К и извлекают готовые изделия.

По сравнению с технологией обычного прессования время выдержки при 523 К в

2,5 раза уменьшается вследствие увеличения теплопроводности композиции. Это достигается благодаря удалению воздуха из промежутков между частицами порошка, а также выделению металлического железа при разложении оксалата. Таким образом, отпадает необходимость таблетировання пресс-материала, в то же время значительно сокращается продолжительность загрузки прессформ. Процесс изготовления изделий из композиций, приготовленных по предложенной технологии легко автоматизируется, поскольку самая трудная операция — загрузка форм — черезвычайно упрощается.

Пример 2. Изготавливают уплотнительные кольца, обеспечивающие защиту стального вала от щелевой коррозии. Размеры колец, мм: наружный диаметр 150 мм, внутренней 100 мм, высота 20 мм. Порошкообразный пентапласт (марка А, ТУ, П-139-65) и полипропилен (ПП-5, ТУ

36-13-126 — 65) дисперсностью 80 — 300 мкм смешивают с минеральным маслом (цилиндровое 11), диспергируют в 30 /О-ном растворе бензоата натрия (C6H COONa) в ацетоне. Соотношение компонентов в смеси следующее, мас. ч.:

Пентапласт 10

Полипропилен 10

Минеральное масло 10

Раствор бензоата натрия 70

Смесь заливают в пресс-формы с помощью автоматической установки, удаляют избыток раствора путем подпрессовки и вакуумирования рабочего объема формы при

10З Па в течение 1 мин. Спекание колец осуществляют при 573 К, выдерживая смесь под давлением 5 МПа в течение 5—

6 мин. Затем формы охлаждают до 400 К, снимают давление и извлекают кольца. Материал колец стоек к эрозионному изнашиванию. Распределение по объему изделия бензоата натрия, являющегося ингибитором коррозии стали, характеризуется высокой степенью равномерности, которую невозможно достичь известными методами.

Испытание противокоррозионных свойств материала колец выполняют с помощью измерителя скорости коррозии Р5035. Между стальными образцами, наружные поверхности которых защищены кислотостойким лаком, располагают пластинку материала, сжимают образцы тарированным усилием, погружают в 0;1 н. раствор соляной кислоты и измеряют поляризационное сопротивление образцов, пересчитывая его затем в скорость коррозии. В контакте с материа10

Зо лом, изготовленным по предложенной технологии, скорость коррозии стали составляет (5 — 6) ° 10 †г/м ч, что в 5 — 6 раз ниже коррозии стали в контакте с полипропиленом или пентапластом.

Пример 3. Изготавливают вкладыш для подшипника скольжения из пресс-порошка К-18-20С (МРТУ 6-05-1209 — 69) на основе новолачной смолы, нитрильного каучука и древесной муки. Размеры вкладыша, мм: внутренний диаметр 150, наружный 170, длина 200. Заполнение пресс-композицией формы для такого изделия известными методами — трудоемкий трудномеханизируемый процесс. Формирование вкладышей производят следующим образом: компоненты смешивают с олеиновой кислотой (С)7Н33СООН), которую обычно вводят в состав фенольных композиций для устранения припекания изделий к стенкам формы, в соотношении 10: 1. Затем композицию диспергируют метиловым спиртом в следующем соотношении, мас. ч.:

Композиция 20

Спирт 80

Вязкость полученной квазисуспензии близка к вязкости спирта. Формы заполняют из бака-смесителя, снабженного автоматическим дозирующим устройством. Подпрессовывают композицию в форме давления

2 МПа в течение 1 мин и одновременно подогревают до 325 К, откачивая полость формы до 10 Па. Формирование изделия проводят при 573 К и давлении 20 МПа в течение 15 мин.

Технология обеспечивает высокую адгезию наполнителя к связующему, упрощает аппаратурное оформление горячего прессования, исключая операции таблетирования, ускоряет процесс получения изделий, снижает энергозатраты.

Пример 4. Изготавливают корпус транспортерного ролика нз композиции на основе фенопласта 04-010-02, нитрильного каучука и рубленого стекловолокна. Диаметр ролика 150 мм, длина 500 мм.

Фенопласт смешивают с олеиновой кислотой в соотношении 1: 10, добавляют в смесь остальные компоненты и диспергируют водой (20 мас. ч. композиции на

80 мас. ч. воды). Диспергирование облегчается благодаря тому, что олепновая кислота выполняет функции эмульгатора и компоненты композиции хорошо смачиваются жидкой фазой. Полученную квазисуспензию заливают в формы, дают стечь избытку воды, затем подпрессовывают композицию в формах давлением 2 МПа в течение

45 с. Прессованне ведут прп 580 К, давлении 20 МПа в течение 10 мин. Затем охлаждают форму до 400 К и извлекают изделие.

Ролик обладает оптимальным сочетанием жесткости и вязкости, характернз1 ется высокой прочностью (о„н 200 МПа) .

887588

Формула изобретения

Составитель В. Балгин

Редактор П. Горькова Техред А. Камышникова Корректор Е. Осипова

Заказ 2514/12 Изд. № 644 Тираж 530 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Пред, 10 "{{ с {{ {{ {{ Й 0110 оо {! Оз!н{, {{! с{ за х{ снить операцию таблетирования подпрсссовкой композиций в пресс-формах. Прп этом уменьшается количество вспомогательной технологической оснастки и упрощается конструкция прессавтомата; облегчается дозирование и загрузка пресскомпозиций в форме; снижаются энергозатра ты за счет исключения операций извлечения таблеток и загрузки «х в пресс-формы, а также сокращается время нагрева пресс-композиции благодаря вытеснению воздуха, плохо проводящего теплоту.

Предлоге{{{{{{я технология позво 15{01 снизить энсргозатраты по таблетированию композиций на 50 — 60%.

Способ получения полимерных изделий путем смешения дисперсного полимера или кок{поз{{{,.ии {{3 его основе с жидкофазным наполнитслем, последующей подачи в пресс-форму и прессования, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения производительности и технологичности способа, полимер или композицию на его основе диспергируют в низкомолекулярной ж{{нкости, термодинамически несовместимой с полимером, и после подачи полученной дис10 персии в пресс-форму удаляют избыток цнзкомолекулярной жидкости.

Источники информации, црпнятыс во ш{имание при экспертизе

1. Кестельма{{ 1-1. 1-1. Термическая обработка полимерных материалов в машиностроении. М., «Машиностроение», 1968, с. 55.

20 2. Патент ГДР 75771, кл. 39b 22/01, опублик. 1970 (прототип) .