СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КАПРОЛОНА Российский патент 1997 года по МПК B29C39/02 B29C41/04 C08G69/18 

Изобретение относится к области производства деталей из капролона на основе капролактама, изготавливаемых свободной заливкой или центробежным литьем, в частности, для изготовления втулок, вкладышей, роликов и других элементов узлов трения.

Известен способ изготовления изделий из капролона, при котором осуществляется нагрев кристаллического капролактама, влажность которого не превышает 0,05% до температуры 125 135^oC в среде инертного газа или азота, введение в расплав катализатора и активатора, полимеризацию смеси в форме при температуре 175 185^oC, выдержку заготовки при этой температуре и охлаждение (Отливки из полиамида 6- блочного для изделий судостроения РД 5.9686-86, ЦНИИ технологии судостроения, 19.06.86.)
Однако в известном способе имеет место низкое качество изделий из полиамида 6- блочного, используемых, в частности, в узлах трения, связанное с разрушением в агрессивных средах (например, гидратах окиси железа и т.п.), а также невозможность регулирования технологических характеристик рабочих поверхностей изготавливаемых изделий.

Техническим результатом изобретения является повышение долговечности и коррозионной стойкости изделий в агрессивных средах, улучшение физико-механических свойств материала.

Для достижения технического результата в способе изготовления изделий из капролона, при котором осуществляют нагрев кристаллического капролактама, влажность которого не превышает 0,05% до температуры 125 135^oC в среде инертного газа или азота, введение в расплав катализатора и активатора, полимеризацию смеси в форме при температуре 175 185^oC, выдержку заготовки при этой температуре и охлаждение, согласно изобретению, перед полимеризацией в капролактам вводят обезвоженный наполнитель с дисперсностью 0,01-500 мкм, содержащий измельченный природный серпентинит и легирующие добавки в соотношении, мас.

кристаллический капролактам 50-99
серпентинит 1-50
легирующие добавки 0,01-5
Кроме того, в процессе полимеризации на смесь со стороны рабочих поверхностей изделия воздействуют магнитным полем. Поле охлаждения изделия его пропитывают гидрофобизатором и выдерживают в печи при температуре 150 - 200^oC в течение 1,5 2 часов. Наполнитель вводят в кристаллический капролактам. Наполнитель вводят в момент введения в расплав капролактама катализатора и активатора. Введение в исходный кристаллический капролактам присадки в виде измельченного порошка, содержащего серпентинит и легирующие добавки, позволяет влить на антифрикционные, антизадирные, противоизносные и антикоррозионные свойства, создавать электропроводность, магнитопроводность, повышать конструкционные свойства. Причем серпентинит является присадкой, способствующей в процессе трения контактируемых поверхностей из капролона (хотя бы одного тела) образовывать материал (ТСМ), обладающей тиксотропными свойствами и обеспечивающий саморегулирование выработки и подвода смазки в зону контакта трения, а легирующие добавки являются катализаторами, пластификаторами и активаторами, обеспечивающими этот процесс.

Количество и дисперсность порошка, включающего серпентинит и легирующие добавки, определяется теми свойствами, какие необходимо получить для изготовляемого изделия.

В состав серпентинитов входят минералы, содержащие гидроокислы металлов Cu, Ni, Ti, Co и др. обеспечивающие за счет эффекта Ребиндера протекание сорбционных, хемосорбционных и химических процессов по всему объему изделия.

Температурные режимы процесса определяются свойствами капролактама, температурой плавления и полимеризации.

Воздействие на обрабатываемую деталь в процессе полимеризации магнитным силовым полем позволяет обеспечить перемещение серпентинита и легирующих добавок в направлении рабочих поверхностей изделия, причем в требуемой закономерности, повышая их концентрацию в определенных конструкцией зонах, что обеспечивает повышение технических характеристик изделия и уменьшает расход присадки.

Пропитка изготавливаемого изделия гидрофобизатором и последующая термообработка обеспечивают снижение намокаемости капролона путем закрытия пор, образующихся при усадке во время полимеризации и снижение коэффициента трения, обеспечивает экономное введение ТСМ, образующихся во время эксплуатации в материале и поступающей в зону контакта через разрушившиеся гидрофобные пленки.

При центробежной заливке в отличие от свободной заливки обеспечивается регулированный подвод компонентов с большим удельным весом в периферийные зоны.

Для достижения расслоения смеси полимеризация начинается в реакторе при непрерывном перемешивании, а смесь подают в форму уже в момент эффективного процесса полимеризации. Разработанный материал может быть использован в судостроительной промышленности для действующих подшипников, в тяжелонагруженных узлах машиностроения и турбостроения.

Наличие магнитных свойств обеспечивает удержание магнитных ТСМ в магнитных зонах.

Наличие электропроницаемости обеспечивает отвод эл. энергии в зоны контакта.

Упрочнение поверхности и ее гидрофобизация обеспечивают снижение поверхностного износа, а также уменьшение расхода образующихся ТСМ за счет их непосредственного направления в зоны повышенного износа контактируемых поверхностей.

Повышение физико-механических свойств капролона обеспечивает возможность расширения сферы применения.

Пример конкретного применения.

Изготавливалась втулка из капролона подшипника изделия (скольжения), работающая в паре со стальным валом и мортирой. В кристаллический капролактам (исходное количество которого взято в соответствии с нормами расхода исходного материала), влажность которого не превышает 0,05% всыпали обезвоженный порошок, содержащий серпентинит и легирующие добавки, содержащие Ni, Co, Cu, Pb, Sn в соотношении (мас.):
кристаллический капролактам 82,4
серпентинит 16,5
легирующие элементы 1,1
Смесь тщательно перемешали и поместили в реактор, где нагрели до температуры 125 136^oC в среде инертного газа. Перемешанный расплав разделили на два равных объема и распределили в ректоры солей, подогретые до такой же температуры и заполненные инертным газом. В один из них ввели катализатор металлический натрий, в другой активатор толуилендиизоцианат в количествах, соответствующих нормам расхода. Процессы введения активатора и катализатора сопровождались тщательным перемешиванием расплавов в течение 20 минут, после чего соли катализатора и активатора смешали и подали в предварительно нагретую форму при ее непрерывном вращении со скоростью 1,0 об/сек и воздействии магнитного силового поля с внутренней, наружной и торцевых сторон втулки. Через 5 минут после заливки форм скорость вращения формы увеличили до 10 об/сек, а температуру в камере повысили до 180^oC.

Процесс полимеризации начался сразу при смешении солей активатора и катализатора и закончился через 40 минут после заполнения формы. После окончания полимеризации заготовку выдержали в форме еще в течение 20 мин, после чего выключили нагрев камеры.

После охлаждения камеры до температуры 25^oC изделие извлекли из формы, механически обработали до размеров детали с учетом увеличения диаметра после пропитки, пропитали гидрофобизатором ГКЖ-94, пометили в печь и выдержали при температуре 180^oC в течение 1,5 часов.

Для проверки технологического процесса было разрезано одно изделие в продольном и поперечном направлениях, что позволило выявить равномерное распределение (концентрацию) приработочно-антизадирного наполнителя в поверхностных и приповерхностных слоях и относительно равномерное значительно меньшей концентрации распределение по всему объему.

Проведенные испытания второго изделия данной плавки показали, что использование настоящей технологии значительно уменьшило время приработки тел вращения с беговыми дорожками, а также обеспечило его суперфинишную обработку. Кроме того, на беговых дорожках образовались сервовитные пленки, обеспечивающие антикоррозионные, антиизносные, антифрикционные и антизадирные свойства.

Использование: изобретение относится к области производства деталей из капролона на основе капролактама, изготавливаемых свободной заливкой или центробежным литьем, и может быть использовано в машиностроении и других областях для изготовления втулок, вкладышей, роликов и т.п. деталей узлов трения. Сущность изобретения: в способе изготовления изделий из капролона перед полимеризацией в капролактам вводят обезвоженный наполнитель с дисперсностью 0,01 - 500 мкм. Наполнитель содержит измельченный природный серпентинит и легирующие добавки в соотношении, мас.%: кристаллический капролактам 50 - 99, серпентинит 1 - 50, легирующие добавки 0,01 - 5. Кроме того, в процессе полимеризации на смесь со стороны рабочих поверхностей изделия воздействуют магнитным полем. Поле охлаждения изделия его пропитывают гидрофобизатором и выдерживают в печи при температуре 150-200^oC в течение 1,5 - 2 часов. Наполнитель вводят в кристаллический капролактам. Наполнитель вводят в момент введения в расплав капролактама катализатора и активатора. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления изделий из капролона, при котором осуществляют нагрев кристаллического капролактама, влажность которого не превышает 0,05% до 125 135^oC в среде инертного газа или азота, введение в расплав катализатора и активатора, полимеризацию смеси в форме при 175 185^oC, выдержку заготовки при этой температуре и охлаждение, отличающийся тем, что перед полимеризацией в капролактам вводят обезвоженный наполнитель с дисперсностью 0,01 500,0 мкм, содержащий измельченный природный серпентинит и легирующие добавки в соотношении, мас.

Кристаллический капролактам 50 99
Серпентинит 1 50
Легирующие добавки 0,01 5,0
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе полимеризации на смесь со стороны рабочих поверхностей изделия воздействуют магнитным полем.