Способ изготовления щетинных изделий Советский патент 1993 года по МПК A46B3/00 

Изобретение относится к щетино-ще- точному производству.

Со времени появления термопластичных синтетических материалов и их использования в изделиях из щетины не было недостатка в попытках к тому, чтобы использовать термопластичные свойства таких синтетических материалов для того, чтобы закреплять щетинки на держателе щетины. np|i этом, в частности, действовали таким образом, что пучок щетинок расплавляли на его| конце со стороны закрепления, так что обр азовывалось утолщение, которое затем использовалось для закрепления в держателе щетины. Так, например, является известны (описание изобретения к патенту США

№ 26634316) изготовление грубой кисти за счет того, что пучок щетинок вводят в снабженное задним вырезом проходное отверстие ручки и расплавляют на его введенном конце с задней стороны. Вслед за тем рэс- плавле нный материал щетинок равным образом вытесняет с задней стороны в задний вырез. После охлаждения пучок щетинок прочно зафиксирован в держателе.

В основе изобретения лежит задача предложить способ, при котором возможно соединение щетинок из термопластичного синтетического материала с производными держателями щетины при минимальной потребности во времени.

со

СА) О О

ю

ы

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что отверстия в держателе щетины выполняют со свободным поперечным сечением, по меньшей мере, по зонам меньшим, чем поперечное сечение утолщений на концах щетинок, и что утолщения и/или стенку отверстий нагревают до температуры стыковки, лежащей между температурой застывания и температурой текучести в случае аморфных термопластов, соответственно между той температурой и температурой плавления кристаллита при частично кристаллических термопластах, соответственно удерживают при той температуре стыковки, при которой термопласты находятся в энтропийноупругом состоянии, и в этом состоянии утолщения вставляют в отверстия за счет тепловой деформации.

В противоположность уровню техники для процесса соединения в изобретении используют не пластическую характеристику синтетического материала выше температуры плавления кристаллита или текучести, а так называемую энтропийную упругость (термоупругость) всех термопластичных синтетических материалов выше той температуры (температуры застывания), при которойзастываетмолекулярноеориентирование, но ниже той температуры (температуры текучести в случае аморфных термопластов, соответственно температуры плавления кристаллита при частично кристаллических термопластах), при которой молекулярное соединение настолько ослабляется, что термопласт начинает течь и уже молекулярно более не восстанавливается. Если термопластичный синтетический материал нагревают до такой температуры стыковки выше температуры застывания, то его можно деформировать при относительно малых условиях. При охлаждении термопласт вследствие молекулярной переориен- тации вновь пытается принять первоначальную форму. Согласно изобретению возникающие при этом изменение формы используют для процесса соединения щетинок и держателя щетины. При этом в деталях поступают следующим образом:

Щетинки при одинарном или комплексном расположении сначала расплавляют на их концах со стороны закрепления. При этом известным образом первоначально вытянутая молекулярная структура переходит в скрученную молекулярную структуру, приводящую Нри уменьшении длины щетинок к утолщению, на конце со стороны закрепления. При охлаждении эта структура сохраняется, причем температура застывания (при нагреве также вызываемая температурой размягчения) в случае аморфных термопластов находится выше температуры перемещения, при частично кристаллических термопластах - ниже нее. Если щетинки их утолщением.вставляются в отверстия на де- ржателе щетины под давлением или при тя- .ге при повышенной температуре, в любом случае выше температуры застывания и преимущественно немного ниже температуры текучести (при аморфныхтермопластах), соответственно в зоне температуры плавления кристаллита (при частично кристаллических термопластах), то утолщение при прохождении сужения поперечного сечения отверстия при создании внутренних напряжений претерпевает изменение формы вследствие термоупругости синтетического материала. При охлаждении материала в зоне утолщения при снятии внутренних напряжений пытается вновь принять первоначальную форму утолщения (релаксации), чему препятствует сужение поперечного сечения. За счет этого внутренние напряжения по меньшей мере частично сохраняются, и они используются в качестве усилий зажима для щетинок в отверстии держателя щетины. Этот эффект возникает независимо от материала держателя щетины, так что ,для него могут использоваться произвольные материалы. Если также держатель щетины состоит из термопласта, то также до повышенной температуры может нагреваться лишь стенка отверстия. В этом случае релаксация стенки отверстия обеспечивает зажим щетинок, соответственно их утолщения. При таком спаривании материалов до температуры стыковки могут нагреваться также оба элемента, следовательно утолщение на концах щетинок и стенка отверстия. Во всех случаях речь

5

0

5

0

5

0

5

0

5

идет о тепловой деформации-.

Таким образом достигают прочную посадку щетинок в держателе щетины. Большое преимущество способа согласно изобретению состоит в том, что расплавление концов щетинок для образования утолщения может осуществляться при операции способа, отделенной от собственного процесса соединения, и собственное соединение осуществляют при низкой температуре, чем температура текучести, так что для окончательного охлаждения до достаточно низкой температуры манипулирования с изделием требуется преодолеть существенно меньшую разность температур и отпадает необходимый в иных случаях отвод теплоты направления, что приводит к значительному уменьшению времени такта машины для собственного процесса соединения.

Ниже приведены определяющие температуры для отдельных термопластов (см. рблицу),

Температуру стыковки щетинок и де- ожателя щетины будут устанавливать с слу- Мае выбора пары материалов термопласт термопласт держателя щетины и щетинок треимущественно в зоне более низкого значения КТ, соответственно, ГТ, обоих участвующих партнеров по стыковке и тем самым использовать в первую очередь изменение формы этого партнера по стыковке. Так, на- лример, при щетинках из РА (полиамида) с рчень высокой температурой плавления фисталлита 265°С и держателе щетины из ЭР (полипропилена) при температуре сты- ховки, лежащей вблизи от него точки плавления кристаллита 165°С, было достигнуто превосходное фиксирование щетинок. EC- JIM, напротив, держатель щетины.состоит из жесткого материала, не показывающего термоупругие свойства в рассматриваемом здесь температурном диапазоне, то темпе- эатуру стыковки нужно устанавливать в со- этветствии с участвующим термопластом детинок, при РА, следовательно, в диапазоне 265°С. В общем дал.ее можно сказать, что наибольшие изменения формы могут дости- аться при частичнокристаллических термо- тластах в диапазоне КТ, при аморфных термопластах, напротив, в среднем диапа- |зоне между ЕТ и ГТ.

Согласно одной форме осуществления изобретения предусмотрено, что для щетинок используют термопласт, имеющий при температуре стыковки большее сопротивление деформации, чем термопласт, использу- эмый для держателя щетинок.

При этом осуществлении, следовательно, как в названном выше примере матери- |элов, в основном используют лишь изменение формы и релаксацию материала держателя щетины.

Вместо этого согласно другому примеру зсуществления может предусматриваться, ITO для держателя щетины используют тер- иопласт, имеющий при температуре сты- совки большее сопротивление деформации, ем термопласт, используемый для щетинок. В этом случае изменение формы.огра- ничивается в основном утолщением на онцах щетинок со стороны закрепления.

Выявилось то, что при способе согласно изобретению также могут использоваться ержатели щетины из полностью других ма- ериалоо, например, из дерева илитерморе- ктивных пластмасс. Также там происходит езупречное фиксирование щетинок. При этом всегда получается герметическое замыкание. При жестком держателе щетины,

например, из дерева или термореактивной пластмассы, в качестве сужения поперечного сечения могут явиться достаточными шероховатости поверхности, в котор ые 5 проникает термопластичный синтетический материал щетинок за счет релаксации.

Проявило себя далее, в качестве предпочтительного, когда процесс стыковки производят с таким образом повышенной 0 скоростью, что время стыковки меньше времени релаксации участвующего, соответственно участвующих, термопласта(ов). При этом изобретением используется тот факт, что сопротивление деформации при росте

5 скорости деформации равным образом увеличивается, то есть, партнер по стыковке представляется более твердым, чем он должен был бы быть на основании его температуры. Таким образом, например, возможно

0 вставлять утолщение на концах щетинок в держатель щетины через сравнительно короткое время после расплавления.

При предпочтительном осуществлении способа предусмотрено, что отверстия на

5 держателе щетины в зоне края отверстия выполнены с большим свободным попереч-. ным сечением, чем утолщение на концах щетинок, и, примыкая к этому, с поперечным сечением, уменьшающимся до самого

0 узкого поперечного сечения.

За счет большего поперечного сечения отверстий в зоне края отверстия и его постоянного сужения до самого узкого поперечного сечения возникает некоторого рода

5 вводной скос, облегчающий ввод утолщения в отв-ерсти.е и при определенных обстоятельствах могущий служить для приема вытесненного материала.

Если отверстия согласно следующему

0 примеру осуществления изобретения снабжены в направлении ввода щетинок позади самого узкого поперечного сечения расширением поперечного сечения, то обьем позади самого, узкого поперечного сечения

5 может служить для релаксации деформированного ранее утолщения. Таким образом получается надежное геометрическое замыкание.

Следующее осуществление способа со0 гласно изобретению отличается тем, что край отверстий на держателе щетины после вставления щетинок наформовывают на них.

За счет этого прежде всего получают

5 свободную от отверстий, соответственно углублений, поверхность, эффективно защи: щающую от загрязнений. При выглаживании поверхности может также прижиматься возможно слишком сильно вытесненный назад материал утолщений.

Исходя из названного вначале способа, задачу изобретения можно решить также за счет того, что утолщения на концах щетинок и стенку отверстий равным образом состоящего из термопласта держателя щетины нагревают до температуры стыковки, лежащей между температурой застывания и температурой текучести при аморфных термопла- стах, соответственно лежащей между той температурой и температурой плавления кристаллита при частично кристаллических термопластах, соответственмс удерживают при этой температуре стыковки, .при которой термопласты находятся в энтропийно- упругом состоянии, и в этом состоянии утолщения вводят в отверстия и раздают на дне отверстия при тепловой деформации стенки отверстия наружу.

При этом используют те же эффекты за счет того, что после раздачи утолщения на дно отверстия стенка отверстия сначала расширяется и затем при зажиме деформированного утолщения релаксирует,

Принципиально для держателя щетины можно использовать любую произвольную геометрию. Однако для осуществления способа согласно изобретению в качестве предпочтительного проявил себя держатель щетины, отличающийся тем, что он образован из несущей части в форме плитки с вы- , ступающими из нее на стороне щетины или на задней стороне надставками в форме втулки, и что отверстия на держатёяе щетины, принимающие щетинки, по меньшей мз- ре на большей части их осевого протяжения, находятся внутри надставок. .

форме осуществления стенку отверстия вследствие меньшей ее толщины можно быстрее нагреть до требуемой тем- . пературы стыковки, чём при массовом держателе щетины.

На фиг. 1, 2, 3, 4 -схематически изображено осуществление способа при первой форме исполнения; на фиг, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 - схематически изображено прохождение способа при втором варианте исполнения; на фиг, 12 - изображен вариант держателя щетины, согласно фиг. 1; на фиг. 13, 14, 15 - схематически изображено осуществление способа при третьем варианте исполнения; на фиг. 16,.,7, 18, 19, 20 - различные формы выполнения держателя щетины для осуществления.способа.

На фиг. 1 показан пучок щетинных элементов 1 с большим числом щетинок 2 из термопласта, имеющий на конце 3 со стороны закрепления утолщение 4. Далее показан вырез из держателя щетины 5 с отверстием 6. Отверстие 6 имеет по меньшей мере по зонам - в изображенном примере осуществления на больщей частоте его длины - свободное поперечное сечение, соответственно диаметр di, являющийся меньшим, чем поперечное сечение, соответственно диаметр da, утолщения 4 на конце 3

пучка щетинок 1 со стороны закрепления.

Далее отверстие 6 имеет расширенный край

7, который Kaj описывается далее, прежде

всего служит в качестве входного скоса для

0 утолщения 4.

Утолщение 4 на конце 3 пучка щетинок 1 со стороны закрепления получают за счет того, что свободные концы щетинок расплавляют термически или-за счет ультразву5 ка, благодаря щетинки уменьшаются по их длине и расплав собирается, стекаясь, в гранулу расплава, принимающую приблизительно круглую форму и сохраняющую ее при охлаждении. При аморфных термопла0 стах плавление происходит при достижении температуры текучести, при частично кристаллических термопластах в зоне температурыплавления кристаллита. Образующаяся в утолщении молекулярная

5 структура при достижении определенной температуры, которая в случае частично кристаллических термопластов более или менее превышает температуру помещения, застывает. В диапазоне между температу0 рой текучести и температурой застывания . утолщение еще является хорошо демпфируемым за счет усилий деформирования вследствие его энтронийноупругих свойств. В этом состоянии пучок щетинок 1 вводят

5 его концом 3 со стороны закрепления в от- верстия 6 на держателе щетины 5.

При показанном на фиг. 1 примере осуществления также держатель щетины 5 состоит из термопласта, преимущественно

0 такого термопласта, сопротивление деформации которого при повышенной температуре стыковки меньше, чем сопротивление деформации материала щетинок. Отверстия 6, соответственно стенку отверстия, нагре5 ваютдо повышенной температуры, которая - в зависимости от вида термопласта - в любом случае находится ниже температуры текучести, соответственно температуры плавления кристаллита. Вслед за тем пучок

0 щетинок 1 с утолщением 4 вставляют, соответственно вталкивают в отверстие 6 (фиг. 2), причем утолщение 4 начинает деформироваться на конце входного скоса 7 и одновременно стенка отверстия 6 термоупруго

5 подается и несколько деформируется вниз. Вследствие этой термоупругости материала держателя щетины и большего сопротивления деформации материала щетинок материал стенки отверстия вытесняется вверх, и утолщение, наконец, попадает на дно 8 отвврстия. Благодаря термоупругим свойствам и различным сопротивлениям деформации утолщение 4 вновь занимает начальную форму, тогда как стенка отверстия вследствие релаксации материала держателя щетины плохо охватывает утолщение 4 (фиг, 4). В этом положении пучок щетинок 1 прочно зафиксирован в держателе щетины 5. На фиг. 5 описана другая форма осуществления при ее технологическом прохождении. Здесь щетинки 2 расплавляют на их концах с образованием утолщения 9, которое при последующей рабочей операции (иг. 6) деформируют в цилиндрическую концевую часть 10, при этом, например, пу- щетинок 1 втягивают обратно в матрицу 1:1 (фиг. 6). Держатель щетины 5 имеет в этом случае цилиндрическое отверстие 12, имеющее приблизительно такое же поперечное сечение, что и цилиндрическая концевая часть 10 на пучке щетинок 1. Стенку отверстия вновь нагревают до температуры ниже температуры текучести, соответственно плавления кристалла. Цилиндрическая к-энцевая часть 10 на пучке щетинок 1 находится при повышенной температуре. Пучок щетинок 1 его цилиндрической концевой ча- сгью 10 с преимущественно повышенной скоростью вталкивают в отверстие 12 (фиг. 8 и 9). При попадании цилиндрической концевой части 1Q на дно 13 отверстия 12 концевую часть 10 раздают и деформируют показанным на фиг. 10 образом, причем ма- т|эриал держателя щетины 5 непосредственно над дном 13 отверстия 12 термоупругого поддается и частично выходит вверх. Также здесь преимущественно сопротивление деформации материала держателя щетины меньше, чем сопротивление деформации материала щетинок, так что деформированная при раздаче концевая деталь 14 сохраняет свою .форму и в окончательно охлажденном состоянии прочно зажата в Материале держателя щетины (фиг. 10, 11). На фиг. 12 показана форма выполнения держателя щетины с дугой формой отверстия. Отверстие имеет входной скос 7 аналогично скосу на фиг. 1. Оно имеет примыкающий к нему цилиндрический участок 15, диаметр которого приблизительно Соответствует диаметру утолщения 4, Через ступень сюда примыкает следующий цилиндрический участок 16, суженный в попереч- riOM сечении по сравнению с утолщением 4. За счет нагрева стенки отверстия и повышенной температуры на утолщение 4 вновь происходит процесс стыковки, в конце его достигается изображенное на фиг. 13 положение. Вслед за тем в этом примере осуществления вытесненный вверх материал 17

держ-ателя щетины наформовывают с по- : мощью формовочного инструмента 18. так что образуется гладкая, при определенных обстоятельствах снабженная углублениями 5 19 поверхность на держателе щетины 5(фиг. 14, 15).

На фиг. 16 и 17 показаны следующие формы осуществления держателя щетины 5. При форме осуществления согласно фиг. 16 0 получается сужение поперечного сечения . отверстия 20 по сравнению с непоказанным утолщением на пучке щетинок за счет конического прохождения стенки отверстия 21. При .этом поперечное сечение может соот5 ветствовать во входной зоне поперечному сечению утолщения и затем постоянно становится меньше. В примере осуществления согласно фиг. 17 вновь предусмотрены входной скос 7, с примыканием к нему суже0 ние поперечного сечения 22 и вслед за тем вновь расширение поперечного сечения 23, На фиг. 18 показан держатель щетины 5 из жесткого также при повышенной температуре материала, например, из дерева или

5 металла. Он может снабжаться произвольно нанесенными или заданными материалом шероховатостями поверхности 24 в зоне стенки отверстия 25. Если утолщение 5 пучка щетинок вводят в отверстие 25 при тем0 пературе немного ниже температуры текучести, соответственно температуры плавления кристаллита, то утолщение деформируется термоупругим образом и ре- лаксирует в шероховатости поверхности 24.

5 В примере осуществления согласно фиг, 19 и 20 держатель щетины 5 выполнен в форме плитки и оснащен надставками 26 в форме втулки на его задней стороне или надставками 27 в форме втулки на его сто0 роне щетины, причем отверстие 28, 29 для фиксирования пучка щетинок в значительной степени находится внутри надставки 26, 27 в форме втулки. Также здесь нагревают стенку отверстия до повышенной темперэ5 туры и вставляют пучок щетинок описанным выше образом. .

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Способ изготовления щетинных изделий, состоящих из держателя и зафиксиро0 ванных в нем щетинных элементов из термопластичного синтетического материа- ла, путем выполнения в держателе гнезда для размещения нерабочих концов щетинных элементов, расплавлении нерабочих

5 концов щетинных элементов с образованием утолщения при уменьшении при этом их длины и закрепления утолщения в гнезде держателя, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности, . гнездо держателя выполняют по высоте с

переменным сечением, нижние участки которого выполняют с поперечным сечением меньшим, чем поперечное сечение утолщения, утолщение и/или стенки гнезда нагревают до температуры стыковки, при которой термопласты находятся в энтропийноупру- гом состоянии, лежащей в пределах между температурой затвердевания и температурой текучести в случае выполнения гнезда и утолщения из аморфных термопластов, и температурой затвердевания и температурой плавления кристаллита в случае выполнения гнезда и утолщения из.частично кристаллических термопластов, а закрепление утолщения в гнезде осуществляют в этом состоянии за счет тепловой деформации.

2,Способ по п. 1. о т л и ч а ю щи и с я тем, что щетинные элементы выполняют из термопласта, имеющего при температуре стыковки большее сопротивление деформации, чем термопласт, из которого выполняют держатели.

3.Способ поп. 1,отличающийся тем, что держатель выполняют из термопласта, сопротивление деформации которого при температуре стыковки больше, чем сопротивление деформации термопласта, из которого выполняют щетинные элементы.

4. Способ по пп. 1-3, о т л и ч а ю щи й- с я тем, что время стыковки утолщения и гнезда держателя меньше времени релаксации термопластов стыкуемых элементов, 5. Способ по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что держатель щетинных элементов и/или щетинные элементы охлаждают непосредственно после стыковки.

6.Способ по пп. 1-6, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что верхний участок гнезда держателя выполняют с поперечным сечением большим, чем утолщение щетинного элемента.

7.Способ по пп, 1-6, отличающий- с я тем, что гнездо держателя снабжают в

направлении ввода щетинок позади самого узкого поперечного сечения расширением поперечного сечения.

8.Способ по пп. 1-7, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что край гнезда держателя после

закрепления в нем нерабочих концов щетинных элементов наформовывают на них.

9.Способ поп. 1,отличающийся тем, что после стыковки уто лщения и гнезда

утолщение расплющивают на дне гнезда при тепловой деформации с одновременным образованием кольцевого буртика из материала стенок гнезда вокруг щетинных элементов.

.

(Использование: щетино-щеточное производство. Сущность изобретения: способ изготовления щетинных изделий, состоящих из держателя и зафиксированных в нем щетинных элементов из термопластичного синтетического материал-а путем выполнения в держателе гнезда для размещения нерабочих концов щетинных элементов, расплавления нерабочих концов щетинных элементов с образованием утолщения при уменьшении, при этом их длины и закрепления утолщения в гнезде держателя. Гнездо держателя выполняют по высоте с переменным сечением, нижние участки которого выполняют с поперечным сечением, меньшим, чем поперечное сечение утолщения, утолщение и/или стенки гнезда нагревают до температуры стыковки, при которой термопласты находятся в энтронийноупругом со- стоянии, лежащей в пределах между температурой затвердевания и температурой текучести в случае выполнения гнезда и утолщения из атмосферных термопластов, и температурой затвердевания и температурой плавления кристаллита в случае выполнения гнезда и утолщения из частично кристаллических термопластов, а закрепление утолщения в гнезде осуществляют в этом состоянии за счет тепловой деформации. В з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил. (Л С

Температура застывания / размягчения или стеклования/, ЕТ

-125°С

-20°С

+57

Аморфные термопласты Температура застывания / размягчения или стеклования/, ЕТ +80°С +30°С

фиг.1

Фиг

Частично кристаллические термопласты

Температура плавления кристаллита,кт

+135°С +165°С +265°С

Температура текучести/плавления ГТ

+ 170о:С +180°С

Ж

/

у/

&. -А

Ч. 11

фиг.5фс/г.6

7Л

тт

10 12 0i/2, 9

фиг. /3

Ъ

/

/

/4

юфиЈ.7

и.

14 13

. //

. /

фаз. /5

20 21

фиг. 16

фаз. f , 29

фиг.(9

22 7

24 25

фаг. 20