Способ получения полимерных изделий Советский патент 1981 года по МПК C08J5/02 

ворепие компонентов композицнн в технологической жидкости. При реализации снособа имеют место следующие взаимодействия. Полимерный порошок, обладающий высокоразвитой поверхностью, адсорбирует жидкофазные компоненты в процессе смешения композиций. При последующем диспергировании композиций с помощью технологических жидкостей взаимодействие последних с пластификатором реализуется на огромной площади. Это приводит к образованию эмульсий пластификатора в технологических жидкостях. Таким образом, низкомолекулярные жидкости, несовместимые в отдельности ни с иоли.мером, ни с пластификатором, облегчают диспергирование композиций, нри этом полимерный порошок выступает в роли эмульгатора. Технологическая жидкость выбирается низкомолекулярной, исходя из экономических соображений (стоимость, доступность и т. д.).

Отличительной особенностью способа является то, что предварительное смешение полимерного порошка с пластификатором исключает поглощение технологических жидкостей порошком и способствует их свободному удалению на последующих стадиях нереработки.

Смесь пресс-композиции с жидкостями заливают в формы, после чего большая часть жидкости удаляется свободным стеканием или в результате подпрессовки. Оставшаяся жидкость заполняет промежутки между частицами порошка, увеличивая теплопроводность смеси. Это приводит к сокращению времени, необходимого для прогрева нресс-форм, и увеличению производительности метода. Технологические жидкости используются для введения в композиции ингибиторов коррозии, красителей, вспепивателей, металлсодержащих наполнителей, мономеров и других веществ, которые могут находиться в виде растворов, суспензий, эмульсий. Такой метод введения наполнителей гарантирует их равномерное распределение по объему материала даже в тех случаях, если наполнитель плохо совмещается с пластификатором.

В данном способе перерабатывают композиционные материалы на основе гидрофобных порошковых или волокнистых термо- и реактопластов дисперсностью 20- 500 мкм.

В качестве жидкофазных наполнителей в композициях преимущественно используются продукты на основе минеральных и растительных масел, а также жирные кислоты и их соединения.

В данном способе низкомолекулярной жидкостью может служить вода, спирты, кетоны и другие продукты, термодинамически несовместимые с компонентами композиций (т. е. не обменивающиеся с последними энергией и веществом). В низкомолекулярных жидкостях могут быть растворены или взвешены целевые добавки в композицию.

Весовые соотношения компонентов в смеси могут быть следующие, мае. ч.:

Полимерная дисперсия15-10

Жидкофазный налолнитель15-10

Пизкомолекулярная жидкость 70-80

Низкомолекулярную жидкость удаляют

путем подпрессовки смеси в пресс-форме, либо путем вакуумирования рабочего объема формы. В первом случае применяют давление порядка 1 -10 МПа при температуре, пе выше температуры кипения жидкости; во

втором - используют разрел ение 10 Па. Время удаления жидкости зависит от геометрических размеров изделий. Для удаления низкомолекулярной жидкости, обладающей малой вязкостью, целесообразно использовать технологические зазоры в пресс-формах, создаваемые для вытеснения воздуха. Особенность способа в том, что небольшое (до 2-3%) содержание технологической жидкости в наполненном жидкофазным наполнителем композите, несущественно влияет на качество изделий.

Пример 1. Формируют кольцевые проставки для защиты от коррозии муфтовых соединений насосно-компрессорных трубопроводов, перекачивающих пластовые воды. Их изготавливают из композиций, в состав которых в равных весовых соотношениях входят порошкообразный полиэтилен низкой плотности (ГОСТ 16337-70) и жидкофазный наполнитель - ингибитор кислотной коррозии металлов ГРМ (гудрон соапстока чернохлопкового масла и технического жира). Толщина проставки 4 мм при высоте кольца 40 мм. Поскольку используемая композиция совершенно не обладает сыпучестью изготовление проставок методом спекания в пресс-формах обычной конструкции представляет значительную трудность. В соответствии с предложенной

технологией смесь на основе порошкообразного полиэтиена и гудрона диспергируют в 10%-ном водном растворе оксалата железа (FeC2O4). Компоненты смешивают в следующем соотношении, мае. ч.:

Полиэтилен15 Гудрон15 10%-ный раствор оксалата железа70

Полученую квазисуснензию, вязкость которой нри комнатной температуре близка к вязкости, воды, заливают в пресе-формы, установленные на поточной линии. Избыток водного раствора вытекает из форм через

технологические зазоры, после чего производят подпрессовку форм давлением 2 МПа в течение 5-10 с для окончательного удаления избытка жидкости. На следующей позиции содержимое прессформы нагревают до 523°К и выдерживают при этой температуре под давлением 10 МПа в течение 6-8 мин. Затем охлаждают формы ниже 390°К и извлекают готовые изделия.

По сравнению с технологией обычного прессования время выдержки при 523°К в 2,5 раза уменьшается вследствие увеличения теплопроводности композиции. Это достигается благодаря удалению воздуха из промежутков между частицами порошка, а также выделению металлического железа при разложении оксалата. Таким образом, отпадает необходимость таблетирования пресс-материала, в то же время значительно сокращается продолжительность загрузки прессформ. Процесс изготовления изделий из композиций, приготовленных по предложенной технологии легко автоматизируется, поскольку самая трудная операция - загрузка форм - чрезвычайно упрощается.

Пример 2. Изготавливают у-плотнительные кольца, обеспечивающие защиту стального вала от щелевой коррозии. Размеры колец, мм: наружный диаметр 150 мм, внутренней 100 мм, высота 20 мм. Порощкообразный пентапласт (марка А, ТУ, П-139-65) и полипропилен {ПП-5, ТУ 36-13-126-65) дисперсностью 80-300 мкм смешивают с минеральным маслом (цилиндровое 11), диспергируют в 30%-ном растворе бензоата натрия (СеПбСООМа) в ацетоне. Соотношение компонентов в смеси следующее, мае. ч.:

Пентапласт10

ПолипропиленЮ

Минеральное масло10

Раствор бензоата натрия70

Смесь заливают в пресс-формы с помощью автоматической установки, удаляют избыток раствора путем подпрессовки и вакуумирования рабочего объема формы при 10 Па в течение 1 мин. Спекание колец осуществляют при 573°К, выдерживая смесь под давлением 5 МПа в течение 5- 6 мин. Затем формы охлаждают до 400°К, снимают давление и извлекают кольца. Материал колец стоек к эрозионному изнашиванию. Распределение по объему изделия бензоата натрия, являющегося ингибитором коррозии стали, характеризуется высокой степенью равномерности, которую невозможно достичь известными методами.

Испытание противокоррозионных свойств материала колец выполняют с помощью измерителя скорости коррозии Р5035. Между стальными образцами, наружные поверхности которых защищены кислотостойким лаком, располагают пластинку материала, сжимают образцы тарированным усилием, погружают в 0,1 н. раствор соляной кислоты и измеряют поляризационное сопротивление образцов, пересчитывая его затем в скорость коррозии. В контакте с материалом, изготовленным по предложенной технологии, скорость коррозии стали составляет (5-6)-10-2 , что в 5-6 раз ниже коррозии стали в контакте с полипропиленом или пентапластом.

Пример 3. Изготавливают вкладыщ для подшипника скольжения из пресс-порошка К-18-20С (МРТУ 6-05-1209-69) на основе новолачной смолы, нитрильного каучука н древесной муки. Размеры вкладыша, мм: внутренний диаметр 150, наружный 170, длина 200. Заполнение пресс-композицией формы для такого изделия известными методами - трудоемкий трудномеханизируемый процесс. Формирование вкладышей производят следующим образом: ко.мпоненты смешивают с олеиновой кислотой (СиПззСООН), которую обычно вводят в состав фенольных композиций для устранения припекания изделий к стенкам формы, в соотнощении 10:1. Затем композицию диспергируют метиловым спиртом в следующем соотношении, мае. ч.:

Композиция20

Спирт80

Вязкость полученной квазисуспензии близка к вязкости спирта. Формы заполняют из бака-смесителя, снабженного автоматическим дозирующи.м устройством. Подпрессовывают композицию в форме давления 2 МПа в течение 1 мин и одновременно подогревают до 325°К, откачивая полость формы до 10 Па. Формирование изделия

проводят при 573°К и давлении 20 МПа в течение 15 мин.

Технология обеспечивает высокую адгезию наполнителя к связующему, упрощает аппаратурное оформление горячего прессования, исключая операции таблетирования, ускоряет процесс получения изделий, снижает энергозатраты.

Пример 4. Изготавливают корпус транспортерного ролика из ко.чпозиции на

основе фенопласта 04-010-02, нитрильного каучука и рубленого стекловолокна. Диаметр ролика 150 мм, длина 500 мм.

Фенопласт смешивают с олеиновой кислотой в соотнощении 1 : 10, добавляют в

смесь остальные компоненты и диспергируют водой (20 мае. ч. композиции на 80 мае. ч. воды). Диспергирование облегчается благодаря тому, что олеиновая кислота выполняет функции эмульгатора и компоненты композиции хорошо смачиваются жидкой фазой. Полученную квазисуспензию заливают в формы, дают стечь избытку воды, затем подпрессовывают композицию в формах давлением 2 МПа в течение

45 с. Прессование ведут при 580°К, давлении 20 МПа в течение 10 мин. Затем охлаждают форму до 400°К и извлекают изделие. Ролик обладает оптимальным сочетанием жесткости и вязкости, характернзгется высокой прочностью (асж 200 МПа).

7

Предложенный способ иоз;золяст знмснить операцию таблетирования подпрессовкой композиций в пресс-формах. При этом умепьшается количество вспомогательиой технологической оснастки и упрощается конструкция прессавтомата; облегчается дозирование и загрузка пресскомпозиций в форме; снижаются энергозатраты за счет исключения операций извлечения таблеток и загрузки их в пресс-формы, а также сокращается время нагрева пресс-композиции благодаря вытеснению воздуха, нлохо проводящего теплоту.

Предложенная технология позволяет снизить эпергозатраты по таблетированию композиций на 50-60%.

Формула изобретения

Способ получения полимерных изделий путем смешения дисперсного полимера или

8

композиции на его основе с жидкофазным нанолнителе г, последующей подачи в пресс-форму и нрессования, отличающийся, тем, что, с целью повышения производительности и технологичности способа, Полимер или композицию на его основе диспергируют в низкомолекулярной жицкости, термодинамически несовместимой с полимером, и после подачи полученной дисперсии в пресс-форму удаляют избыток пизкомолекулярной жидкости.

Источники информации, принятые во пнимапие при экспертизе

1.Кестельман П. П. Термическая обработка полимерных материалов в машиностроении. М., «Машиностроение, 1968, с. 55.

2.Патент ГДР 75771, кл. 39Ь 22/01, опублик. 1970 (прототип).