Способ изготовления пористого материала преимущественно для фильтрации высоковязких расплавов полимеров Советский патент 1993 года по МПК C22C1/08 

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам изготовления фильтров, предназначенных для фильтрации расплавов высоковязких полимеров, лаков, в частности для фильтрации расплава полиэтилентерефталата, используемого при изготовлении основы магнитных лент и кинофотоматериалов.

Одним из основных направлений повышения качества изделий выпускаемых предприятиями Минхимпрома СССР является фильтрация расплавов и растворов полимеров с целью улавливания всевозможных видов загрязнений, пузырьков газов и гелей. Однако, до недавнего времени зтому вопросу не уделялось должного внимания, что приводило к сокращению срока службы оборудования, снижению производительности труда и очень низкому (иногда до 10%) выходу годной продукции.

Пористые материалы, предназначенные для фильтрации расплавов и растворов полимеров, должны отвечать следующим требованиям:

высокая степень фильтрации, вплоть до улавливания частиц размером 2-3 мкм;

высокая теплопроводность и термическая стойкость, обеспечивающие равномер- ный, без окисления прогрев всей фильтрующей поверхности (температура расплава 300-350°С);

высокие прочностные характеристики исключающие возможность миграции фильтрующего материала в полимер (давление в фильтре до 200 атм,, вязкость до 1000 Па.с,) и обеспечивающие необходимый ресурс работы ;

хорошая очищаемость и многократность использования;

совместимость с фильтруемыми полимерами (не должно быть окисления, расщепления, разложения или обесцвечивания полимеров).

Наиболее полно вышеперечисленным требованиям отвечают пористые материалы, изготовленные из металловолокна. Из- весте:: способ изготовления фильтрующих элементов из отрезков проволоки в виде спиралей, которые прессуются и пропитываются эластичным антикоррозионным наполнителем (см.а.с. № 183174, а.с. №895578 покл. 821 21/00, 27/12 от 27.07.1960 гЛ

со

с

v|

со о

( ел

Существенными недостатками вышеуказанных способов является недостаточная прочность, проницаемость, теплопроводность; сложность изготовления изделий,

Фильтроэлементы, изготовленные путем заполнения перфорированного металлического каркаса порошками металлов или металлическими волокнами с последующим спеканием (см. патент Англии Ms 933825 по кл. В 23 п, С 22 с от 1961 г.), не обладают необходимой высокой теплопроводностью в случае применения материалов на основе нержавеющей стали, никеля и сплавов на основе никеля или их невозможно регене- рировать в случае применения медного или бронзового материала из-за химического взаимодействия вышеуказанных материалов с растворителем (полиэтиленгликон), которым промывают фильтроэлементы.

Наиболее близким по большинству существенных признаков являются серийно выпускаемые по ТУ 6-17-869. П-87 фильтроэлементы.из порошка оловянной бронзы типа фильтроэлементы ВП-Б-40-200, кото- рые изготавливают путем свободной засыпки в форму и спекания в среде водорода.

Основными недостатками таких фильт- роэлементов является малый ресурс работы из-за невозможности их регенерировать, низкая прочность, что не исключает вторичное загрязнение расплава сферическими частицами, оторвавшимися от поверхности фильтроэлемента, недостаточная совместимость с расплавами (особенно в пусковой момент), что приводит к частичному окислению расплавов полиэтилентерефталата.

Целью изобретения является увеличение ресурса работы, повышение прочности и теплопроводности пористого материала, предназначенного для фильтрации расплавов полимеров.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе изготовления пористого материала, включающем прессование и спекание дискретных медных волокон, наносят композиционное электролитическое покрытие состава никель-бор в течение 0,3-0,6 ч, полученную заготовку подвергают диффузионному отжигу в вакууме при 600- 800°С с выдержкой 1-3 ч.

Известен ряд способов, позволяющих придавать пористым материалам, различные новые свойства путем нанесения покрытий, в частности, например, хромирование через газовую фазу.

Однако без композиционного электролитического покрытия одновременно получить комплекс свойств, оказывающих

влияние как на фильтрующий материал так и на фильтрующую среду, невозможно.

Одним из главных условий получения композиционных электролитических покрытий определенного состава и свойств является количество дисперсных частиц в покрытии.

Известно, что при получении композиционных электролитических покрытий (КЭП) максимально возможное количество заращиваемого бора в покрытие составляет 5 мас,%.

Из основных технологических параметров процесса осаждения КЭП определяющее влияние на содержание бора в покрытии оказывает его количество в электролите. Последующая термообработка КЭП приводит к взаимодействию бора с никелевой матрицей и образованию боридов и, таким образом, изменяются свойства покрытий. Поэтому состав композиционных электролитических покрытий существенно влияет на их свойства.

Установлено, что оптимальным содержанием бора в электролите, обусловливающим максимальное их содержание в покрытии и соответственно повышение свойств, является 60-80 г/л.

Пример . Фильтроэлемент пористостью 45%, диаметром 175 мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон диаметром 70 мкм, длиной 6 мм методом вибровойлокования при частоте 50-20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 50- 70 МПа. Спекался в среде остроосушенного водорода при 950°С с выдержкой 2 ч. Перед нанесением КЭП Ni-B фильтроэлемент травился в 15%-ном растворе HCI в течение 5 мин. Состав электролитической ванны:

NiCl2 6H20300 г/л

НзВОз40 г/л

В20 г/л

что соответствует его содержанию в покрытии 2-2,2 мас.%. Плотность тока 10 А/дм2, рН 3-4, температура раствора 40°С, время осаждения 0,4 ч. После промывки в воде и сушке при 40°С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме 10 мм рт.ст. при 600°С в течение 3 ч. Значения величины прочности при изгибе приведены в табл.1.

П р и м е р 2. Фильтроэлемент пористостью 45%, диаметром 175 мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон, диаметром 70 мкм, длиной 6 мм, методом вибровойлокования при частоте 50-20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 5070 МПа. Спекался в среде остроосушенного водорода при 950°С с выдержкой 2 ч. Перед нанесением КЭП Ni-B фильтроэлемент травился в 15%-ном растворе HCI в течение 5 мин. Состав электролитической ванны:

NiCl2 6H20300 г/л

НзВОз40 г/л

В80 г/л что соответствует его содержанию в покрытии 3,5-4 мас.%. Плотность тока 10 А/дм2, рН 3-4, температура раствора 40°С, время осаждения 0,4 ч. После промывки в воде и сушке при 40°С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме мм рт.ст. при 600°С в течение 3 ч. Значения величины прочности при изгибе приведены в табл.1.

П р и м е р 3. Фильтроэлемент пористостью 45%, диаметром 175мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных во- локон диаметром 70 мкм, длиной 66 мм методом вибровойлокования при частоте 50-20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 50- 70 МПа. Спекался в среде остроосущенного водорода при 950°С с выдержкой 2 ч. Перед нанесением КЭП Ni-B фильтроэлемент травился в 15%-ном растворе HCI в течение 5 мин. Состав электролитической ванны:

NiCi2 6H20300 г/л

НзВОз40 г/л

В120 г/л что соответствует его содержанию в покрытии 3,8-4 мас.%. Плотность тока 10 А/дм2, рН 3-4;температура раствора 40°С, время осаждения 0,4 ч. После промывки в воде и сушке при 40°С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме 10 мм рт.ст. при 600°С в течение 3 ч. Значения величины прочности при изгибе при- ведены в табл.1.

Прочностные характеристики определялись в соответствии с ГОСТ 18228-85,

Таким образом, оптимальный состав покрытий Ni 3,5-4 мас.% В, что достигается при введении в электролитическую ванну 60-80 г/л бора.

П р и м е р 4, Фильтроэлемент пористостью 45%, диаметром 175мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных во- локон диаметром 70 мкм, длиной 6 мм методом вибровойлокования при частоте 50-20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 50- 70 МПа. Спекался в среде остроосушенного водорода при 950°С с выдержкой 2 ч. Перед нанесением композиционного электролитического покрытия Ni-B фильтроэлемент травился в 15%-ом растворе HCI в течение 5 мин. Состав электролитической ванны:

NiCl2 6H20300 г/л НзВОз 40 г/л В 80 г/л Катодная плотность тока 10 А/дм2, рН 3-4 , температура раствора 40°С. Время осаждения 0,16 ч. После промывки в воде и сушке при 40°С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме мм рт.ст. при 400°С в течение 0,5 ч. Значения величины прочности при изгибе и теплопроводность приведены в табл.2.

П р и м е р 5. Фильтроэлемент пористостью 45%, диаметром 175 мм, высокой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон диаметром 70 мкм, длиной 6 мм методом вибровойлокования при частоте 50-20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 50- 70 МПа. Спекался в среде остроосушенного водорода при 950°С с выдержкой 2 ч. Перед нанесением композиционного электролитического покрытия NI-B фильтроэлемент травился в 15%-ом растворе HCI в течение 5 мин. Состав электролитической ванны:

NiCl2 6H20300 г/л Н2ВОз 40 г/л В 80 г/л Катодная плотность тока 10 А/дм3, рН 3-4, температура раствора 40°С, время осаждения 0,3 ч. После промывки а воде и сушке при 40°С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме мм рт.ст. при 600°С в течение 1 ч. Значения величины прочности при изгибе и теплопроводность приведены в табл.2.

П р и м е р 6. Фильтроэлемент пористостью 45%, диаметром 175 мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон диаметром 70 мкм, длиной 6 мм методом вибровойлокования при частоте 50-20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 50- 70 МПа. Спекался Б среде остроосушенного водорода при 950°С с выдержкой 2 ч. Перед нанесением композиционного электролитического покрытия Ni-B фильтроэлемент травился в растворе HCI в течение 5 мин. Состав электролитической ванны: NiC 2 6H20300 г/л НзВОз 40 г/л В 80 г/л Катодная плотность тока 10 А/дм , рН 3-4, температура раствора 40°С, время осаждения 0,4 ч. После промывки в воде и сушке при 40°С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме 10 мм рт.ст. при 700°С в течение 2 ч. Значения величины прочности при изгибе и теплопроводность приведены в табл.2.

Пример, Фильтроэлемент пористостью 45%, диаметром 175 мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон диаметром 70 мкм, длиной 6 мм методом вибровойлокования при частоте 50-20 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 50- 70 МПа. Спекался в среде остроосушенного водорода при 950°С с выдержкой 2 ч. Перед нанесением композиционного электролитического покрытия Ni-B фильтроэлемент травился в 15%-ом растворе HCI в течение 5 мин. Состав электролитической ванны: NiCl2 6H20300 г/л НзВОз 40 г/л В 80 г/л Катодная плотность тока 10 А/дм2, рН 3-4, температура раствора 40°С, время осаждения 0,6 ч. После промывки в воде и сушке при 40°С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме мм рт.ст. при 800°С в течение 3 ч. Значения величины прочности при изгибе и теплопроводность приведена в табл.2.

П р и м е р 8. Фильтроэлемент пористостью 45%, диаметром 175мм, высотой 1 мм изготавливался из дискретных медных волокон диаметром 70 мкм, длиной 6 мм методом вибровойлокования при частоте 50-2.0 Гц и последующем двухстороннем прессовании при удельном давлении 50- 70 МПа. Спекался в среде остроосушенного водорода при 950°С с выдержкой 2 ч. Перед нанесением композиционного электрического покрытия Ni-B фильтроэлемент травился в 15%-ом растворе НС в течение 5 мин. Состав электролитической ванны: NiCl2 6H20300 г/л НзВОз 40 г/л В 80 г/л Катодная плотность тока 10 А/дм2, рН 3-4, температура раствора 40°С, время осаждения 1 ч. После промывки и сушке при 40°С фильтроэлемент подвергался диффузионному отжигу в вакууме мм рт.ст. при 850°С в течение 4 ч. Значения величины

прочности при изгибе и теплопроводность приведены в табл.2.

Прочностные характеристики определялись в соответствии с ГОСТ 18228-85, а теплопроводность оценивалась на установке для измерения теплопроводности ИТ- А-400.

Технический эффект от использования изобретения приведен в табл.2 и в акте промышленных испытаний проведенных на

НПСГСвема.

Промышленные испытания показали, что фильтроэлементы изготовленные заявляемым способом прочнее чем прототип в 2-3 раза, из-за более высокой теплопроводности удалось улучшить равномерность основы по толщине разнотолщинность не более 2 мкм, обладают более высоким ресурсом. В настоящее время фильтроэлементы прошли шестикратную регенерацию и

ресурсные испытания продолжаются.

Формула изобретения Способ изготовления пористого материала преимущественно для фильтрации

высоковязких расплавов полимеров, включающий прессование волокна на основе меди и спекание пористой заготовки, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности, теплопроводности и ресурса работы материала, на спеченную пористую за- готовку наносят композицио-нное электрическое покрытие никель - бор в течение 0,3-0,6 ч, полученную заготовку про- мывают, сушат и подвергают

диффузионному отжигу в вакууме при 600- 800°С в течение 1-3 ч.

Сущность изобретения: способ включает прессование волокна на основе меди и спекание пористой заготовки, затем на спеченную пористую заготовку наносят композиционное электролитическое покрытие никель-бор в течение 0,3-0,6 ч, промывают, сушат и отжигают в вакууме при 600-800°С в течение 1-3 ч. 2 табл.

Таблица.1

Зависимость прочности при поперечном изгибе от состава композиционных электролитических покрытий

Таблица 2