Способ получения изделий из полимерной композиции

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 6; С 03 пС 08 ГОСУД АРСПО ДЕЛ САНИ ИЗ РЕТЕНВУ СВИДЕТЕЛЬСТ ТОРСКО 72924/23-05(71) мерн (53) нститут механики ме систем АН Белорусс 78.027.74(088.8) . Стеклотекстолиты укционные пластики:. врасина. И., Оборон таллополкой ССР(56) руг констр Я.Д А од р з, 1 ЕННЦЙ НОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ,2. Авторское свидетельство СССР302249; кл. В 29 С 5/00, 1969рототип).(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ на основе термопласта и неорганического наполнителя литьем ее расплава в форму, воздействием на расплав физического поля и охлаждением, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью улуцше" ния прочностных и антифрикционных свойств изделий, используют коротко- .волокнистый наполнитель в злектрет" ном состоянии и воздействие на рас" плав, осуществляют электрическим по" лем напряженностью 10-к 5 В/см в течение 10"15 мин, а охлаждение начинают на стадии.воздействия поля не ра.нее, чем через 8 мин после его вклю- Я ценил.Изобретение относится к обработке полимеров, в частности к изготовлению изделий из полимеров, находящихся в пластическом состоянии.Известны способы получения антиФрикционных композитов на основе по"лимеров, при которых широко используются различные наполнители, улучшающие их антифрикционные и прочностные свойства. В качестве таких наполнителей применяют, в частности,стеклянное волокно,Волокнистый наполнитель вводимыйв полимерное связующее распределяетсяв нем произвольно или ориентируетсянамоткой, растяжением или при помощиспециальных технологических добавокв наполнитель - ферритов 1.1,Однако данные способы недостаточно технологичны и производительнытак как не позволяют совмещать ойерации ориентирования армирующего материала и формования изделия, а введение ферритных добавок не является су"щественно необходимым для дальнейшейэксплуатации иэделий.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является способ по"лучения иэделий из полимерной композиции на основе термопласта и неорганического дисперсного наполнителяпутем литья ее расплава в форму, воздействия на расплав физического магнитного поля и последующего охлажде"ния. При изготовлении деталей даннымспособом, например матриц, термопластсмешивают в смесителе с Ферромагнитным порошкообразным наполнителем, полученную композицию засыпают в бункер литьевой машины, откудасмесь 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 вего объеме. Равномерного распределения добиваются воздействием на залитую в Форму композицию магнитным полем Г 2 1 Таким образом, улучшают прочностные и антифрикционные свойства материала, однако эти показатели для ряда применений недостаточно высоки. Кроме того, способ не позволяет ориентировать в объеме изделия не 1 О 15 20 25 Способ осуществляют следующим об"разом.ЗО Неорганический коротковолокнис. тый наполнитель, например базальтовое или стекловолокно, нагревают до573-623 К, выдерживают 2 ч, а затемохлаждают в постоянном электрическом 35 поле напряженностью 5 0- 1 00 В/см . Подвергнутый такой обработке наполнитель переходит в электретное состоя"ние. Наполнитель-электрет перемеши.- вается с термопластом, полученный ,0 композит, расплавляют и подают в литьевую форму, В процессе Формования 45 50 55 металлический наполнитель напримербазальтовое стекловолокно. Применение магнитного поля связано с использованием сложного аппаратурного оформления и приводит к намагничиванию металлических деталей технологического оборудования, что отрица" тельно сказывается на их работоспособности.Цель изобретения - улучшение проч. ностных и антифрикционных свойств изделй,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, получения изделий из полимерной композиции на основе ъермопласта и неорганичес" кого наполнителя литьем ее расплава в форму, воздействием на расплав физи. ческого поля и охлаждением, используют 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 воздействияполя не ранее, чем через 8 мин послеего включения,изделия на расплав при 443-543 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, увеличиваетэнергоэатраты, диапазон напряженности электрического поля заключает всебе оптимальные значения напряженности, характерные для различных полимеров. С целью обеспечения максимального электретного заряда охлаждение начинают на завершающей стадии. 50 11,0 10,0 20 100 2623 0,3 О,б 20 623 623 100 14,0 25 13,0 623 18 12;5 11,0 623 МПродолжительность поляризации наполнителя 2 ч, скорость охлаждения100 К/мин.Скорость охлаждения расплава 250 К/мин. 3 .1 0148воздействия электрического поля неменее чем через 8 мин .после вклюцения поля..Отлицительной особенностью пред"лагаемого способа является переводв электретнов состояние коротковолокнистого .наполнителя перед формова-.нием изделия. Наполнитель"электрет,-находящийся. в расплаве полимера,несет на своей поверхности разноимен оные электрические заряды и при воз"действии на .него. электрическим полемориентируется в нем. При выдержкеи затвердевании расплава в литьевойформе полимерная основа композициипод действием электрического поляполяризуется и переводится в элект-ретное состояние, в результате .цегоэлектрический заряд иа поверхностиизделия оказывается равным суммеэлектрических зарядов полимерной .основы композиции и его наполнителя.Таким образом, улучшают процностныеи антифрикционные свойства материалаизделия. Изменяя электрический заряднаполнителя, можно эти свойства регулировать,П р и м е р 1, Готовят вкладышивтулок подшипников скольжения. Их из 44 4готавливают из композиции, в состав которой входят поликапроамид ( ПА, ТУ 6-06-309-70) и стекловолокно СВ, ГОСТ 1027-73) в виде нитей длиной до 10 мм и диаметром до 1 О мкм. Степень наполнения ПА стекловолокном 30- 36 мас.Ф. Размеры вкладыша, мм: внутренний диаметр 150, наружный 170 и длина 200. Для того, чтобы наполни- тель изСВ ориентировался в электри" цеском поле, его переводят в электретное состояние. С этой целью из СВ давлением 1 ИПа прессуют полотно толщиной до 1 см. Сформированное из СВ полотно помещают в термостат между двумя электродами, причем размеры их на 5-7 мм.меньше, цем размеры полотна, цто позволяет исключить возможный пробой воздуха между электродами по их краям. На электроды от источника постоянного тока подают напряжение и производят поляризацию-СВ. При включенном "лектрицеском поле полотно из СВ нагревают до температу" ры поляризации, выдерживают, после чего температуру понижают до комнатной.Параметры режима поляризацяи СВ приведены в табдице пример 1) .14844 б 5 101Переведенное в электретное состояние СВ смешивают в смесителе с гранулами ПА. Наполнение ПА СВ 30 мас, полученную смесь засыпают в бункер литьевой машины, откуда смесь поступает в нагревательный цилиндр, в котором материал в 1-й зоне разогревается до 473 К, во 2-й зоне до 483-493 К и в 3-й зоне - до 513 К. Нагретый до температуры 3-й зоны материал под давлением 120- 170 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 постоянного напряжения на электроды, роль которых выполняют детали пресс-формы, Через 8 мин после заполнения оасплавом пресс-формы и начала воздействияэлектрического поля начинают охлажде- ние расплава.Технологические параметры режима поляризации материала композита представлены в таблице ( пример 1).В результате воздействия электрического поля волокна СВ, имеющие разноименными заряды, ориентируются в нем и равномерно распределяются по всему объему вкладыша, а сам материал поляризуется и становится электретом. Вследствие этого на поверхности вкладыша образуется электрический заряд, равный сумме электрических зарядов.поликапроамидной основы композиции и наполнителя ( см.аблицу, пример 1).Получая предлагаемым способом вкладыши подшипника скольжения, уменьшают его коэффициент трения по сравнению с известным от О,б 8 до 0,38, прочность при растяжении увеличивают от 100 до 150 МПа, прочность при сжатии - от 120 до 140 МПа, относительное .удлинение уменьшают от 70 до 4,53. 5 1 О 15 ло 25 30 35 100 МПа подают в полость пресс-Формы.40 В пресс-Форме формируют уплотни 45 50 55 П р и м е р 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 1 б 338-77) и базальтовое .волокноБВ, РСТ УССР 5013-76) в виде нитей длиной до 5 мм и диаметром до 20 мкм, Степень наполнения полиэтиленового овяэующего БВ 5 мас.3, так как введение такого количества БВ способствует формированию более совершенных структур. Для того, чтобы наполнитель из БВ ориентировался в электрическом поле, его переводят-в 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 подают напряжение 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 с ПЭ в соотношении, мас.3:ПЭ 95-96ЫПолученную композицию засыпают в бункер литьевой машины, откуда она поступает в нагревательный цилиндр, в котором материал в 1-й зоне нагревают до 473 К, во 2-й зоне - до 493523 К и в 3-й зоне - до 523-543 К. Иэ3-й зоны композицию под давлением тельное кольцо, Процесс Формования совмещают с процессом ориентацииэлектретного наполнителя, Ориентирование происходит в электрическомполе, которое воздействует на материал изделия, находящийся в прессформе. Электрическое поле образуется при подаче постоянного напряженияна электроды, роль которых выполняют детали пресс-формы, Через 13 минпосле заполнения расплавом прессформы и начала воздействия электрического поля начинают охлаждение расплава. Технологические параметры режима поляризации материала композита приведены в таблице ( пример 2 ).7 10148В результате воздействия электрического поля волокна БВ, имеющие разноименные заряды, ориентируются в нем и равномерно распределяются по всему объему уплотнительного кольца. Поли этиленовая основа композиции поляризуется весьма незначительно, так кк полиэтилен относится к плохим электретам.Получая предлагаемым способом уп ,лотнительное кольцо,уменьшают коэффициент его трения по сравнению с известным от 0,21 до 0,084, прочность при растяжении увеличивают от 2,4 до 55 МПа, прочность при сжатии - от 28 до 45 ИПа, относительное удлинение уменьшают от 400 до 1,53.П р и м е р 3. Изготавливают вкладыши для подшипников скольжения из пентапласта ( 11 ) марки БГ" 20 ТУ 6-05-1422-74, наполненного базальтовым волокном марки РСТ УССР 5013-76 в виде нитей длиной до 10 мм и диаметром до. 20 мкм, Размеры вкладыша, мм: внутренний диаметр 180, наружный 25 200 и длина 220.Перед смешением компонентов БВ переводят в электратное состояние способом, указанном в примере 2. Переведенное в электретное состояние БВ З 0 смешивают с П в соотношении, мас.3:Пентапласт 90-95БВ 5-10Полученную композицию засыпают в бункер литьевой машины, откуда она35 поступает в нагревательный цилиндр, в котором материал в 1-й зоне разогревается до 453 К, во 2-й зоне - до 453-463 К и в 3"й зоне -.до 463- 473 К. Из 3-й зоны материал под дав 40 лением 120-170 МПа подают в полость пресс-формы.В пресс-форме формуют вкладыши. Процесс формования совмещают с процессом ориентации электретного наполнителяОриентирование происходит в4 электрическом поле, которое воздействует 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 заполнения 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, имеющие 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, 1равный сумме электрических зарядов полимерной основы композита и его наполнителя (см. таблицу, пример 3)Получая таким способом вкладыши подшипника скольжения, уменьшают его коэффициент трения от 0,14 до 0,087, прочность при растяжении увеличивают от 43 до 75 МПа, 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 есобходимыми при последующей эксплуатации иэделий, 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 оборудованиянамагничивание ), а также улучшаются прочностные и антифрикционные,свойства изделий.М. НарошиПодписное Составитель В. оалгинРедактор И, Рачкулинец Техоед М,КостикЗаказ 3125/19 Тираж 494ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва ЖРаушская наб, д. 4/5Филиал ППЯ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4