Способ изготовления профильных изделий из политетрафторэтилена или его смеси с наполнителем Советский патент 1983 года по МПК B29D23/01 B29F3/14 B29F3/08 

J

00

Изобретение относится к перерабо ке в изделия, в частности к изготовлению профильных изделий из политетрафторэтилена ТФЭ) или его смеси с наполнителем методом поршневой экструзии и может найти применение для изготовлений профиль ных изделий из ПТФЭ или его смеси с наполнителем, примеияемых в ве уплотнительного и антифрикционного материала в машиностроении, атакже электроизоляционного материал в кабельной технике и других отраслях промышленности. : известен способ изготовления про фильных изделий из политетрафторэтилена методом поршневой экструзии. Сыпучий порошкообразный матери ал дозируют питателем, обычно вибра ционного типа, в питательную тарел :со скребками, откуда полимер сбрасы Всйот в обогреваемую камеру поршне вого экструдера и продавливают через нее поршнем, совершающим возвра но-поступательное движение. При про хождении через камеру полимер под действием тепла и давления сплавля ется в монолитную массу и после выхода из камеры или на выходе из нее охлаждается. Этот способ позволяет получать из политетрафторэтилена разнообразные изделия, включая трубы и стержни различного профиля 11. Недостаток известного способа состоит в томг что при изготовлении изделий малого сечения, например стержней диаметром 3 мм и менее, производительность оборудования оказывается недостаточной. Например, при длине зоны спекания 1200 мм при получении стержней круг лого сечения, мм, производительность процесса составляет, кг/ч: 0 201,4 . 010 0,45 060,18 0 3Экструдат разрушается Разрушение экструдата диаметром 3 мм происходит из-за большого давле ния в зоне спекания. Приемлемая длина зоны спекания для стержня диа .метром 3 мм составляет 300-350 мм, при этом производительность процесса будет 0,06 кг/ч. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигавмому результату является способ изготовления профильных изделий из по литетрафторэтилена или его смеси с наполнителем, включающий дозирование порошкообразного материала в поршневой экструдер с одноканальной или многоканальной камерой спекания, уплотнение, продавливание его через .зону спекания и последующее охлаждение экструдата. Этот способ позволяет получить одновременно несколько (до 12 прутков небольшого диаметра за счет применения многоканальной камеры поршневого экструдера и производительность его при изготовлении стерЖ7 ней диаметром 3 мм составляет 0,45 кг/ч экструдата 2. Недостатком такого способа является низкая производительность при получении изделий с малым сечением, обусловленная трудностью разделения при дозировании потока порошкообразного ПТФЭ на отдельные потоки малых сечений, так как грану лированный ПТФЭ имеет размер частиц порошка 0,6-1,2 мм и неудовлетворительно дозируется в узкие каналы, что приводит к нарушению процесса. ПТФЭ с наполнителями обладает еще более неблагоприятными свойствами для дозирования в узкие щели, что не позволяет получать из на полненного ПТФЭ изделия малых сечений и су-; жает ассортимент получаемых изделий; Цель изобретения - повышение производитель нбсти процесса и расширение ассортимента получаемых изделий Поставленная цель достигается : тем, что согласно способу изготовления профильных изделий из ПТФЭ или его смеси с наполнителем, включаю-: щему дозирование порошкообразных . материалов в поршневой экструдер с одноканальной или многоканальной камерой спекания, уплотнение,продавливание потока материала через зону спекания и последующее охлаждение экструдата, после продавливания потока материала через зону спекания производят разделение его на отдельные потоки при ЗЗО-ЗвО С уменьшением площади сечения потока на 4,5-40%. . При дозировании, уплотнении и спекании ПТФЭ или его смеси с наполнителем подают в виде массивных по-; токов, что обеспечивает низкое давление экструзии и хорсядую свариваемость отдельных порций материала. При этом можно использовать зону спекания большой длины (1200-1800 мм, что позволяет вести процесс при повышенной скорости.; Массивный поток материала после продавливания через зону спекания разделяют при ЗЗОт380 С на несколько потоков. При снижении температуры потока ниже происходит кристаллизация ПТфЭ, что нарушает процесс экструзии ПТФЭ н не позволяет получать экструдат заданной формы. При температуре выше разделение потоков происходит удовлетворительно, однако при этом требуется удлинение Воны охлаждения экструдата, что вызывает повышение давления экструзии. Предлагаемый способ модбЦ| быть осуществлен с помощью известных устройств - поршневых экструдеров с вибропйтателем или питателем челно ного типа. Выбор того или иного тип питательной системы зависит от типа экструзионных изделий. В основном могут быть использованы поршневые экструдеры, содержащие вибрационный питатель со скребками, одноканальны : или многоканальные кгьмеры .с нагревателями, установленные под питателем и поршневой прессу:;смрнтированный над камерой спекания с tiojcxuHeM, установленным с возможностью перемещения во входовую част каме1%1 спекания и обратно. При этом в нижней части спекательной камеры укрепляют рассекатель, разделяющий поток расплава ПТФЭ на отдельные части требуемой формы. Суммарная сечения отдельных потоков ПТФЭ в рассекателе должна быть н 4,5-40% меньше площади сечения канала спекательной камеры, а вход в каналы рассекателя - плавным, без урТупов. Температура потока ПТФЭ в зоне рассечения потока должна быть вьиае , т.е. выше темпера. туры плавления кристаллической фазы ;ПТФЭ, но не более . j При уменьшении сечения потока ПТФЭ более чем наблюдается сильная ориентация материала и скру чивание экструдата, а при уменьшении сечения потока ПТФЭ .менее, чем на 4,5% форма акструдата сильно отличается от заданной. В качестве исходного сырья для осуществления предлагаемого способа могут быть использованы различные типы свободносыпучего ПТФЭ с размером частиц от 200 до 2000 мкм. При получении профильных изделий особо малых размеров (2,0-3,0 мм } наиболе предпочтительньм является гранулированный ПТФЭ, полученный предварительным спеканием суспензионного полимера при 380°С с последующим из мельчением в роторной дробилке. Такой материал выдерживает высокое ;давление (до 400 кг/см)экструзии и обеспечивает хорошую свариваемость ;отдельных порций материала в спекательной камере. : Обнаружено, что высоко качество изделий достигается при ИСПОЛЬЗО вании гранулированного ПТФЭ, наполненного графитом,-коксом, стеклово:локном и другими ;: наполнителямн п ;их содержании до 40 об.%.Экструзия наполненного ПТФЭ проходит под давлением на 20-30% большим, чем при переработке ненаполненного ПТФЭ, а профильные изделия отличаются высокой размерной точностью и блеском поверхности. Способ осуществляют на поршневых зкструдерах в следующей последовательности операций. - В вибропитатель экструдера загру жсцот порцию порошкообразного материала. Нагревают камеру спекания экструдёра и устанавливают заданный температурный режим по длине камеры. В канал камеры со.стороны входа вводят пробку из ПТФЭ, перекрывающую полость канала. Со стороны выхо7 да камеры в канале укрепляют рассекатель потока с несколькими каналами, суммарная площадь которых на 4,5 40% меньше площади сечения канала камеры. Поршнем пресса продавливаюту пробку из ПТФЭ вдоль канала, а затем включают вибропитатель и подают порошкообразный материал в канал каг меры, уплотняют его и продавливают . через зону спекания. На выходе из камеры поток материсша с температу- ; рой 330-380 с разделяют рассекателем на отдельные потоки и охлаждают экструдат до формоустойчивого соетояния. Скорость экструзии устанавливают регулируя длину хода и число ходов : поршня в минуту. Давление экструзии определяют по манометру в гидроцилиндре порпня.- Характеристику экструдата получают путем- определения его размеров и разрушающего напряжения при рас-. т.яжении и удлинения при разрыве вдоль направления экструзии а также путем осмотра внешнего вида. Формоустойчивость изделий определяют нагревом: их при в течений 2 ч с после- i дующим осмотром и обмером сечения. Пример 1. Гранулированный свободносыпучий ПТФЭ с размером частиц 700 мкм и насыпной плотностью : 0,6 г/см загружают в вибропитатель, поршневого экструдёра с приводом поршня усилием 10 тН. Поршневой экструдер снабжают камерой спекания длиной 1200 мм и с каналом постоянного сечения 25X20 мм Камеру нагревают секциями электронагревателей в 4 зонах и устанавливают в зонах длиной 260 мм температуру, С I370 I I390 1И370 V350 В НИЖНЮЮ часть камеры в IV зоне нагрева устанавливают рассекатель длиной 50 мм, снабженный 18 каналами прямоугольной формы 2,4 9,2 мм каждый. Суммарная площадь сечения каналов составляет 3,97 см , причем эта площадь на 20,4% меньше площади; канала камеры спекания. Температура на входе в рассекатель . Вначале в канал камеры вводят пробку из ПТФЭ размером 25 20-i и длиной 20 мм, продавливают пробк в канал камеры и включают вибропитатель и привод поршневого пресса. После поступления порции порошка ПТФЭ в верхнюю часть камеры его уп лотняют и продавливают вдоль канал камеры через зону спекания. Ход поршйя в канале камеры устанавли;вают равным 35 мм, число ходов пор 5. При продавливании потока ПТФЭ через камеру спекания матери ал., спл ляют в монолитную массу (гель и :при 350°С поток направляют в расс :катель, где его разделяют на 18 :отдельных потоков в каналах рассе:кателя и охлажда1бт до . Скорость экструзии составляет 3,1 кг/ч профильных изделий при суммарной производительности по экструдеру 54 пог.м/ч.. Давление при экструзии достигае 170 кг/смг. Полученные изделия имеют следую щие характеристики: Разрушаю1ц.ее на- ; пряжение при растяжении, кг/сыт- 250± 10 Относительное уд220 ± 15 линение,. % i Плотиость, г/см 2,15 ±0,01 Размерь сече9,02;± 0,08 ния , мм Ров ные,гладк Внешний вид стержни,без трещин и рас слоений После испытания на формоустойчивость при образцы полность сохраняют форму и размеры. Пример 2. С использова:нием поршневого экструдера и оснас ;Ки к нему, согласно примеру 1, изготавливают профильные изделия - з готовки уплотнительных колец прямо угольного сечения 2,,0 мм из П выполненного 20 мае.% порошкообраз го кокса литейного с размером частиц 40-70 мкм. Режим дозирования, уплотнения и проталкивания материала через зону спекания устанавливают, как в примере 1. Камеру спекания нагревают в 4 з нах до следующих температур,с: I360 II370 III350 IV340 Разделение потока материала посл сплавления осуществляют при 330°G, причем сечение потока уменьшают на 20,4%, как в примере 1. Давление при экструзии достигае 200 кг/см скорость экструзии 2,4 кг/ч или 61 пог, м/ч экструдат Экструда имеет, прочность при растяжении 180 ±15 кгс/см, относи тельное удлинение при разрыве о 1о%, гладкую поверхность без трещин и расслоений. После подогрева при образцы сохраняют форму и размеры 9,Д±О,О8 мм и .2,0 ± 0,03 мм.: Пример 3. С использованием такого же экструдера как и в примере 1, изготавливают профильное изделие стержень круглого сечения диаметром; 2,0 мм из ПТФЭ той же марки. ; . Используют камеру спекания с 4 каналами диаметром 9,2 мм, длиной : 1500 мм и снабженную 4 секциями нагревателей.; Камеру спекания нагревают по 4 зонам до 370, 390, 380 и 360°С по ходу экструзии, в нижней части каналов камеры спекания устанавливают рассекатели длиной 30 мм с 16 каналами диаметром 2,25 мм. Экструзию проводят в той же последовательности, что и в примере 1. i Ход пориня в канале камеры спекания, устанавливают равным 50 мм, число ходов поршня - 8j;jjfjj. При дозировании порсшка ПТФЭ вибропитателем поток разделяют на 4 части, которые подают скребками в 4 канала спекательной камеры. Уплотнение и продавливание полимера осуществляют поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение во входовую часть камеры. При продавливании потоков ПТФЭ через каналы камеры спекания материал сплавляют в монолитную массу и при 380с потоки направляют в рассекатель. В рассекателях потоки ПТФЭ разделяют на 16 потоков диаметром 2,25 мм, уменьшая сечение на 4, 5%. Скорость экструзии составляет 5,6 кг/ч или 875 пог. м/ч экструдата диаметром 2 мм, а при . экструзии - 220 кгс/см. Полученный экструдат имеет прочность при растяжении 280 кгс/см « относительное удлинение при разрыве 190%, плотность 2,14 г/см. Диаметр стержней 2,02 ±0,02 мм. Поверхность стержней гладкая без трещин и отслоений. После прогрева при образцы экструдата сохраняют первоначальные форму и размеры. It р и м е р 4. Из ПТФЭ, содержащего в ..качестве антифрикцириного наполнителя 15 мас.% дисульфида молибдена с размером частиц 40 100 мкм, изготавливают стержни диаметром 2 мм. Используют поршневой экструдер, камеру спекания и другую оснастку, как в примере 3 Камеру спекания нагревают по 4 зонам до 370, 380, 370 и соответственно по ходу экструзии. Температура на входе в рассекатель . Экструзию проводят в последовательности согласно примеру 3, Скорость экструзии составляет 6.2кг/ч или 920 пог. м/ч экструдата диаметром 2 мм, давление при экст рузии - 240 кгс/смг; . Полученный имеет разрушающее напряжение при растяжении 200 кг/см, относительное удлинение при разрыве 140%, поверхность экстру датас блеском, без трещин и расслое НИИ. После прогрева при экстру дат сохраняет первоначальную форму и размер сечения 2,04 It 0,01 мм. Пример 5. Из ПТФЭ, содержащего 60 мас.% бронзового порошка с размером частиц 50-90 мкм, изготавливают стержни диаметром 2 мм. Ис пользуют поршневой экструдер и бснас ку к нему согласно примеру 3. Камеру спекания нагревают по4 .. зонам до 370, 380, 370 и . Tei пература на входе в рассекатель 330 С Экструзию проводят в той же после довательности, что и в примере 3. Скорость экструзии составляет 14,2 кг/ч или 910 пог, м/ч экструдата диаметром 2 мм, а давление 255 кгс/см. Полученный экструдат имеет разрушающее напряжение при растяжении 180, кгс/см -, относительное удлинение при разрыве 120%, плотность 5.3кг/см . Диаметр стержней 2,03 ± ;t 0,.02 мм, поверхность гладкая, .без трещин и расслоений. После испытания иа фо1 «оустойчивость при 26Cft образца экструдата сохраняют исходные размеры и форму. Пример 6. .Из ПТФЭ, наполненного 15% кокса и 5% дисульфида молибдена, изготавливают профильное изделие, с размером сечения 1,5 2 мм для примененияг в качестве уплотнения в машиностроении.

8 Используют поршневой экструдер, как в примере 1, который снабжают камерой спекания длиной 900 му| с двумя каналами сечением 10x12 мм.. В нижней части камеры в каждый из каналов.устанавливают рассекатель потока ДЛИНОЙ 15 мм, снабженный 20 каналами сечением 1,7 X2,2 мм, причем их общая площадь (75 40% меньше площади сечения канала к4меры спекания. I . -. Нагрев камеры спекания в 4 зонах доводят до 380, 390, 370 и 35(Яс. Ход поршня устанавливают равным 40 мм, число ходов При дозировании материала его Поток разделяют -на две части, которые уплотняют и проталкивают поршнем через зону спекания, и затем при i 360°С из двух потоков повтсчрно pas-j деляют на 20 потоков в каналах рассекателя и охлаждают до при выходе из рассекателя. Скорость экструзии составляет 2,82 кг/ч или 710 пог. м/ч экстр/дата размером 1,52 ± 0,02 2,04 ir ± 0,02 мм. Разрушающее напряжение при растя жении образцов 180 кгс/см, относительное удлинение при разрыве 120%. Поверхность экструдата ровная, гладкая без трещин и отслоений. . После испытаний на формоустойчи-, вость образцы сохраняют первоначалЬ ные форму и размеры. Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ в сравнений с известньа т имеет в 6-30 раз большую производительность при изготовлении изделий малого сечения, поз- . воляет значительно расширить ассортимент получае11«1х изделий и улучшить их качество.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРО- ; ФИЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИ IЖНА ИЛИ ЕГО СМЕСИ С НАПОЛНИТЕЛЕМ, , I включ.ающий дозирование поропвсообраз ных материалов в похханевой: экструде| с одноканальной или многоканальной i камерой .спекания, уплотнение, про- J ,давливание потока матесжала через зону спекания и последуювфве охлгикдение зкструдата, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения прсжзводительности процесса :и расширения ассортимента получаемых изделий, после продавливания . ;потока материала: через зону спёка Ния производят разделение его на отг , дельные потоки при 330-ЗВО С с jnitettl шением площади Сечения Иа 4,5 - 40%.