Способ получения изделий из полимерной композиции Советский патент 1983 года по МПК C08J5/16 C08J3/28 

4

эо

4iki 4

Изобретение относится к обработке полимеров, в частности к изготовлению изделий из полимеров, находящихся в пластическом состоянии.

Известны способы получения антифрикционных композитов на основе полимеров, при которых широко используются различные наполнители, улучшающие их антифрикционные и прочностные свойства. В качестве таких нополнителей применяют, в частности, стеклянное волокно.

Волокнистый наполнитель, вводимы в полимерное связующее распределяетс в нем произвольно или ориентируется намоткой, растяжением или при помощи специальных технологических добавок в наполнитель - ферритов С1. .

.Однако данные способы недостаточно технологичны и производительны, так как не позволяют совмещать операции ориентирования армирующего материала и формования изделия, а введение ферритных добавок не является существенно необходимым для дальнейшей эксплуатации изделий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ получения изделий из полимерной композиции на основе термопласта и неорганического дисперсного наполнителя путем литья ее расплава в форму, воздействия на расплав физического магнитного поля и последующего охлаждения. При изготовлении деталей данным способом, например матриц, термопласт смешивают в смесителе с ферромагнитным порошкообразным наполнителем, полученную композицию засыпают в бункер литьевой машины, откуда смесь подают в нагревательный цилиндр, переводят в расплавленное состояние и подают под давлением в литьевую форму. В литьевой форме осуществляют формование изделий и одновременно распределение порошкообразного ферромагнитного наполнителя в его объеме. Равномерного распределения добиваются воздействием на залитую о форму композицию магнитным полем 23.

Таким образом, улучшают прочностные и антифрикционные свойства материала, однако эти показатеЭ1й для ряда применений недостаточно высоки. Кроме того, способ не позволяет ориентировать в объеме изделия неметаллический наполнитель, например базальтовое стекловолокно. Применение магнитного поля связано с использованием сложного аппаратурного оформления и приводит к намагничиванию металлических деталей технологического оборудования, что отрицательно сказывается на их работоспособности.

Цель изобретения - улучшение проностных и антифрикционных свойств изделий.,

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, получения изделий из полимерной композиции на основ.е термопласта и неорганического наполнителя литьем ее расплава в форму, воздействием на расплав физческого поля и охлаждением, исполь зуют коротковолокнистый наполнитель в электретном состоянии и воздействие на расплав осуществляют электрическим полем напряженностью 10-25 В/ /см в течение 10-15 мин, а охлаждение начинают.на стадии воздействия поля не ранее, чем через 8 мин после его включения.

Способ осуществляют следующим образом.

Неорганический коротковолокнистый наполнитель, например базальтовое или стекловолокно, нагревают до К, выдерживают 2 ч, а затем охлаждают в постоянном электрическом поле напряженностью 50-100 В/см. Подвергнутый такой обработке наполнитель переходит в электретное состояние. Наполнитель-электрет перемешивается с термопластом,.полученный композит расплавляют и подают в литьевую форму. В процессе формования -изделия на расплав при А43-5 3 К в течение 10-15 мин действуют электрическим полем напряженностью 20-25 В/ /см.

Как показывают проведенные эксперименты, 10 мин - минимальное время, необходимое для ориентирования наполнителя и образования электрета; воздействие электрического поля свыше 15 мин существенно снижает производительность способа, увеличивает энергозатраты, диапазон напряженности электрического поля заключает в себе оптимальные значения напряженности, характерные для различных полимеров. С целью обеспечения максимального электретного заряда охлаждение начинают на завершающей стадии

310

воздействия электрического поля не менее чем через 8 мин после включения поля,

Отличительной особенностью пред1лагаемого способа является перевод в электретное состояние коротковолокнистого наполнителя перед формоваг кием изделия. Наполнитель-электрет, находящийся в расплаве полимера, несет на своей поверхности разноименные электрические заряды и при воздействии на него электрическим полем ориентируется в нем. При выдержке и затвердевании расплава в литьевой Форме полимерная основа композиции под действием электрического поля поляризуется и переводится в электретное сас:тояние, в результате чего электрический заряд на поверхности изделия оказывается равным сумме электрических зарядов полимерной основы композиции и его;наполнителя. Таким образом, улучшают прочностные и антифрикционные свойства материала изделия. Изменяя электрический заряд наполнителя, можно эти свойства регулировать..

Пример. Готовят вкладыши BTyjTOK подшипников скольжения. Их изk4

готавливают из композиции, в состав которой входят поликапроамид ( ПЛ, ТУ 6-06-309-70) и стекловолокно (СВ, ГОСТ 1027-73) в виде нитей длиной до

10 мм и диаметром до 10 мкм. Степень наполнения ПА стекловолокном 3036 мас.. Размеры вкладыша, мм: внутренний диаметр 150, наружный 170 и длина 200. Для того, чтобы наполнитель из СВ ориентировался в электрическом поле, его переводят в электретное состояние. С этой целью из СВ давлением t МПа прессуют полотно толщиной до t см. Сформированное из СВ

полотно в термостат между двумя электродами, причем размеры их на 5-7 мм меньше, чем размеры полотна, что позволяет исключить возможный пробой воздуха между электрОдами по их краям. На электроды от источника постоянного тока подают напряжение и производят поляризацию-СВ. При включенном с лектрическом пОле полотно из СВ нагревают до температуРЫПоляризации, выдерживают, после чего температуру Понижают до комнатной.

Параметры режима поляризации СВ приведены в табдице (пример 1).

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ на основе термопласта и неорганического наполнителя литьем ее расплава в форму воздействием на расплав физического поля и охлаждением, отличающ и и Си тем, что, с целью улучшения прочностных и антифрикционных свойств изделий, используют коротковолокнистый наполнитель в электретном состоянии и воздействие на расплав, осуществл Л)т электрическим полем напряженностью 10-25 В/см в течение 10-15 мин, а охлаждение начинают на стадии воздействия поля не psfнее, чем через 8 мин после его включения . (Л

Продолжительность поляризации наполнителя 100 К/мин. Скорость Охлаждения расплава 250 К/мин. 2 ч, скорость охлашдения

Переведенное в электретное состояние СВ смешивают в смесителе с гранулами ПА. Наполнение ПА СВ 30 мае Д. полученную смесь засыпают в бункер литьевой машины, откуда смесь поступает в нагревательный ичлиндр, в котором материал в 1-й зоне разогревается до 73 К, во 2-й зоне до 483- 93 К и в зоне - до 513 К. Нагретый до температуры зоны материал под давлением 120170 МПа подают в полость пресс-формы, где осуществляют формирование вкладыша подшипника скольжения. Процесс формирования совмещают с процессом ориентации электретного наполнителя. Ориентирование происходит в электрическом поле, которое воздействует на материал изделия, находящийся о пресс-форме. Электрическое поле образуется при подаче постбянного напряжения на электроды, роль которых выполняют детали пресс-формы. Через 8 мин после заполнения оасплавом пресс-формы и начала воздействия электрического поля начинают охлаждение расплава.

Технологические параметры режима поляризации материала композита представлены в таблице (пример 1).

В результате воздействия электрического поля волокна СВ, имеющие разноименные заряды, ориентируются в нем и равномерно распределяются по всему объему вкладыша, а сам материал поляризуется и становится электретом. Вследствие этого на поверхности вкладыша образуется электричес.кий заряд, равный сумме электрических зарядов.поликапроамидной основы композиц ии и наполнителя ( см. таблицу, пример 1).

Получая предлагаемым способом вкладыши подшипника скольжения, уменьшают его коэффициент трения по сравнению с известным от 0,68 до 0,38, прочность при растяжении увеличивают от 100 до 150 МПа, прочность при сжатий - от 120 до l4o МПа, относительное -удлинение уменьшают от 70 до k,5%.

Пример 2. Изготавливают уплотнительные кольца вращающихся валов. Размеры колец, мм: наружный диаметр 150, внутренний 100 и высота 20. Их изготавливают из композиции, в состав которой входит полиэтилен высокой плотности (ПЭВП, ГОСТ 16338-77) и базальтовое чволокно 1.БВ, FH:T УССР 5013-76; в виде нитей длиной до 5 мм и диаметром до 20 мкм. Степень наполнения полиэтиленового связующего БВ 5 масД, так как введение такого количества БВ способствует формированию более совершенных структур. Для того, чтобы наполнитель из БВ ориентировался в электрическом поле, его переводятв электретное состояние. С этой целью из БВ давлением 1 МПа прессуют полотно толщиной до 1 см. Сформированное из БВ полотно помещают в термостат между двумя электродами, причем размеры их на 5-7 мм меньше, чем размеры полотна, что позволяет исключить, возможный пробой воздуха между электродами по их краям. На электроды от источника постоянного тока напрях(ение и производят поляризацию БВ. При включенном электрическом поле полотно из БВ нагревают до температуры поляризации, выдерживают при ней, после чего температуру понижают до комнатной.

Параметры поляризации БВ приведены в таблице (пример 2).

Переведенное в электретное состояние БВ смешивают в смесителе q. ПЭ в соотношении, мас.%:

ПЭ95-96

&Вi(-5

Полученную композицию засыпают в бункер литьевой машины, откуда она поступает в нагревательный цилиндр, в котором материал в 1-й зоне нагревают до 73 К, во 2-й зоне - до 493523 К и в 3-й зоне - до 523-5 3 К. Из 3-й зоны композицию под давлением 100 МПа подают в полость пресс-формы.

В пресс-форме формируют уплотнительное кольцо. Процесс формования совмещают с процессом ориентации электретного наполнителя. Ориентирование происходит в электрическом поле, которое воздействует на материал изделия, находящийся в прессформе. Электрическое поле об|эазуется при подаче постоянного напряжения на электроды, роль которых выполняют детали пресс-формы. Через 13 мин после заполнения расплавом прессформы и начала воздействия электрического поля начинают охлаждение расплава.

Технологические параметры режима поляризации материала композита приведены в таблице ( пример 2}. В результате воздействия электрического поля волокна БВ, имеющие раз ноименные заряды, ориентируются в не и равномерно распределяются по всему объему уплотнительного кольца. Полиэтиленовая оснЬва композиции поляризуется весьма незначительно, так кчк полиэтилен относится к плохим электретам. Получая предлагаемым способом уп.лотнительное кольцо, уменьшают коэффициент его трения по сравнению с известным от 0,21 до 0,08, прочност при растяжении увеличивают от 2,4 до 55 МПа, прочность при сжатии - от 28 до tS МПа, относительное удлинение уменьшают от kQQ до 1,5. Пример 3. Изготавливают вкладыши для подшипников скольжения из пентапласта (11J марки- БГ-1 ТУ 6-05-1 22-74, наполненного базаль товым волокном марки РСТ УССР 5013-7 в виде нитей длиной До 10 мм и диаметром до 20 мкм. Размеры вкладыша, мм: внутренний диаметр 180, наружный 200 и длина 220. Перёд смешени.ем компонентов БВ пе реводят в электратное состояние способом, указанном в примере 2. Переведенное в электретное состояние БВ смешивают с П в соотношении, мас,: Пентапласт 90-95 БВ5-10 Полученную композицию засыпают в бункер литьевой машины, откуда она поступает в нагревательный цилиндр, в котором материал в 1-й зоне разогр вается до 53 К, во 2-й зоне - до К и в 3-й зоне -.до k63 73 К. Из зоны материал под давлением 120-170 МПа подают в полость пресс-формы. В пресс-форме формуют вкладыши. Процесс формования совмещают с процессом ориентации электретного напол нителя. Ориентирование происходит в электрическом поле, которое воздейст вует на материал изделия, находящийся в пресс-форме. Электрическое поле образуется при подаче постоянного напряжения на электроды, роль которых выполняют детали пресс-формы. Через 10 мин после запол.нения расппавом пресс-формы и начала воздействия электрического поля начинают охлаждение расплава. Технологические параметры режима .поляризации материала композита также приведены в таблице (пример 3. Под действием электрического поля волокна БВ, имеюи|ие разноименные заряды, ориентируются в нем и равно-, мерно распределяются по всему объему . вкладыша, а сам материал поляризуется и становится электретом, В результате этого на поверхности вкладыша образуется электрический заряд, равный сумме электрических зарядов полимерной основы композита и его наполнителя (см, таблицу, пример 3). Получая таким способом вкладыши подшипника скольжения, уменьшают его коэффициент трения от 0,1 до 0,087, , прочность при растяжении увеличивают от 43 до 75 НПа, прочность при сжатии - от 70 до 100 МПа, относительное удлинение -уменьшают от 135 до 20. При использовании предлагаемого способа исключаются из состава композита специальные технологические добавки, не являющиеся существенно необходимыми при последующей эксплуатёции изделий, упрощается технология подготовки литьевой композиции за счет исключения добавок в наполнитель, упрощается аппаратурное оформление процесса ориентации наполнителя, исключается последствие действия физического поля на детали формующего оборудования (намагничивание, а также улучшаются прочностные и антифрикционные .свойства изделий.