СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ТОЛСТОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2008 года по МПК B29C45/16 C08L23/12 C08L23/16 C08K3/08 G21F1/10 

Изобретение относится к технике изготовления крупногабаритных толстостенных деталей диаметром до 1500 мм толщиной до 500 мм из композиции ПВЖ следующего состава мас.%:

порошковый вольфрам49÷73порошковое железо6÷11полипропиленостальное,

которая используется при изготовлении конструкций для защиты от радиоактивных излучений при эксплуатации атомных энергетических установок.

Известен способ изготовления крупногабаритных толстостенных деталей из полипропилена, наполненного графитом на термопластавтомате методом напрессовки одного слоя на другой (патент РФ 2140852). Этим методом можно получить практически детали любой толщины. Однако изготовить указанным способом крупногабаритные детали диаметром до 1500 мм и весом до 2 т не предоставляется возможным, так как термопластавтоматы, выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью, имеют величину вспрыска не более 200 кг. Такие крупногабаритные и толстостенные детали можно получить только методом прямого прессования на гидравлических прессах.

Ближайшим по технической сущности к заявленному техническому решению является способ изготовления крупногабаритных деталей из полипропилена методом прямого прессования (технологический процесс изготовления деталей из полипропилена инв. № 863629, комбинат "Электрохимприбор", г.Лесной, Свердловской обл. 1995).

Сущность способа заключается в следующем:

1. Нагрев пресс-формы в печи до температуры 120÷140°С.

2. Экструдирование навески полипропилена при температуре 200÷220°С в нагретую пресс-форму.

3. Прессование деталей на гидравлических прессах при удельном давлении 400÷500 кг/см².

4. Охлаждение пресс-формы под давлением пресса до комнатной температуры.

По данному способу изготовить детали толщиной свыше 100 мм не представилось возможным.

При разрезке деталей в ней наблюдались раковины и поры.

Оптимизация режимов изготовления: повышение температуры, давления, увеличение времени выдержки под давлением не дали положительных результатов.

Конструкторской документацией (КД) допускается толстенную деталь изготавливать методом напрессовки одного слоя на другой. Механическое соединение слоев посредством крепежа исключается.

Так как методом прессования по известному способу можно изготовить деталь без дефектов толщиной до 100 мм, то толщина первого слоя и каждого последующего не должна превышать 100 мм.

В соответствии с требованием КД прочность соединения слоев детали проверяется на образцах-лопатках по ГОСТ 11262-80, вырезанных из детали. Причем линия соединения слоев в образце должна находиться примерно по середине вырезанной лопатки. Предел прочности на разрыв образца по КД должен быть не менее 120 кг/см².

Фактическое значение предела прочности на разрыв в стыке слоев составляет 80÷105 кг/см².

Основной задачей изобретения является разработка способа изготовления крупногабаритных толстостенных деталей из композиции ПВЖ без дефектов (пор, раковин, расслоений) с пределом прочности на разрыв по стыку слоев не менее 120 кг/см².

Поставленная задача достигается тем, что в состав композиции ПВЖ вводят этиленпропиленовый каучук (СКЭП) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

порошковый вольфрам40÷73порошковое железо6÷11каучук полипропиленовый2÷4полипропиленостальное

Особенностью метода напрессовки одного слоя на другой, при изготовлении крупногабаритных деталей толщиной более 100 мм, является соблюдение следующих основных условий:

- сохранение формоустойчивости предыдущего слоя;

- обеспечение высокой адгезионной прочности между слоями.

Известно, что полипропилен имеет температуру плавления, равную 176°С (А.А.Тагер. Физико-химия полимеров. Издание второе. М., Химия", 1968 г, стр.142). Как правило, переработку композиционных материалов на основе полипропилена проводят при температуре 210°С. В случае применения метода напрессовки нагрев предыдущего слоя до температуры плавления полипропилена приводит к изменению его (слоя) формы, что не допустимо. Уменьшение температуры нагрева слоя ниже температуры плавления полипропилена не обеспечивает достаточно высокую адгезионную прочность соединения с последующим слоем.

Каучук этиленпропиленовый относится к классу низкотемпературных аморфных компонентов с температурой плавления 115°С. Введение его в состав композиции ПВЖ позволяет проводить нагрев предыдущего слоя до температуры несколько выше температуры плавления этиленпропиленового каучука (140°), обеспечивая переход последнего в расплавленное состояние без нарушения формоустойчивости предыдущего слоя и, как следствие, обеспечивая достаточно высокое адгезионное взаимодействие с последующим напрессованым слоем.

Кроме тего, каучук СКЭП играет роль пластификатора, облегчающего переработку композиции, повышающего прочность последней, особенно межслойную адгезионную прочность. Введение каучука в оптимальном соотношении способствует образованию адсорбционных слоев, играющих роль граничной смазки, облегчающих взаимное перемещение надмолекулярных структур. Увеличивающаяся подвижность структурных образований способствует их взаимной ориентации, что всегда приводит к возрастанию механической прочности. (А.А.Тагер. Физико-химия полимеров. Издание второе. М., Химия, 1968 г., стр.439).

Ниже приводятся иллюстрирующие данное изобретение примеры, сведенные в таблицу с составом композиции и пределом прочности на разрыв.

Примеры 1÷11 (см. таблицу) Компоненты композиции ПВЖ - порошковый вольфрам по ТУ48-19-72-92, порошковое железо по ГОСТ 13084-88, полипропилен

по ТУ2211-051-057-96653, каучук этилен пропиленовый по ТУ 38.103352-79 загружают в двухшнековый экструдер, композицию экструдируют в предварительно нагретую пресс-форму до Т=150-170°С, которую затем транспортируют к гидравлическому прессу и прессуют при удельном давлении 800÷1000 кг/см², пресс-форму охлаждают до температуры 130÷140°С и транспортируют под экструдер. Экструдируют композицию ПВЖ на поверхность первого слоя и вновь прессуют. Операции последующих опрессовок повторяют до получения необходимой высоты детали.

Навеску каждого слоя рассчитывают исходя из получения его высоты не более 100 мм (при диаметре детали 1500 мм).

Состав композиции, предел прочности на разрыв сведены в таблицу. Примеры 1÷3 (контрольные согласно прототипу).

ТаблицаСпособ изготовления Состав композиции, мас.%Предел прочности на разрыв, кг/см²123 4По изобретению1Вольфрам49105  Железо6   Каучук этиленпропиленовый (СКЭП)0,5   Полипропилен44,5 По изобретению2Вольфрам49124  Железо6   СКЭП1   Полипропилен44 По изобретению3Вольфрам49131  Железо6   СКЭП2   Полипропилен43 По изобретению4Вольфрам49138  Железо6   СКЭП3   Полипропилен42 По изобретению5Вольфрам49147  Железо6   СКЭП4   Полипропилен41 По изобретению6Вольфрам49154  Железо6   СКЭП5   Полипропилен40 По изобретению7Вольфрам7391  Железо11   СКЭП0,5   Полипропилен15,5 По изобретению8Вольфрам73109  Железо11   СКЭП1   Полипропилен15 По изобретению9Вольфрам73122  Железо11   СКЭП2   Полипропилен14 По изобретению10Вольфрам73129  Железо11   СКЭП3   Полипропилен13 По изобретению11Вольфрам73140  Железо11   СКЭП4   Полипропилен12 По прототипу1Вольфрам7381  Железо11   Полипропиленостальное  2Вольфрам49÷7387  Железо6÷11   Полипропиленостальное  3Вольфрам49÷73105  Железо6÷11   Полипропиленостальное Примечание: Наружные дефекты детали контролируются визуально, внутренние дефекты - рентгеновским контролем.

Анализ таблицы показывает, что при введении в состав композиции ПВЖ каучука этиленпропиленового в количестве 2÷4 мас.% позволяет получить предел прочности на разрыв в местах соединения слоев не менее 120 кг/см².

Введенным в композицию ПВЖ каучук этиленпропиленовый имеет температуру размягчения не более 110°С, что способствует надежному адгезионному взаимодействию слоев при опрессовках.

Увеличение содержания каучука этиленпропиленового более 4 мас.% экономически не целесообразно.

Изобретение относится к изготовлению крупногабаритных толстостенных деталей диаметром до 1500 мм толщиной до 500 мм из композиции на основе порошковых вольфрама, железа и полипропилена и предназначено для защиты от радиоактивных излучений при эксплуатации атомных энергетических установок. Ввод в состав композиции этиленпропиленового каучука и определенная толщина слоев при осуществлении их напрессовки друг на друга позволяет получить крупногабаритные детали без дефектов с пределом прочности на разрыв по месту стыка слоев не менее 120 кг/см². 1 табл.

Способ изготовления крупногабаритных деталей диаметром до 1500 мм, толщиной до 500 мм из композиции ПВЖ состава, мас.%:

порошковый вольфрам49÷73порошковое железо6÷11каучук этиленпропиленовый2÷4полипропиленостальное

методом поочередной напрессовки слоев друг на друга, отличающийся тем, что толщина первого слоя и каждого последующего не должна превышать 100 мм.