Способ изготовления щетинных изделий

СОК)3 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУЬЛИК 83 б 04 е)5 А 46 В 3/00 ОС ЕД ОС НИЯ Б САНИ ТЕНТУ 21) 61492 22) 2,08,8(71) (О Е) (72) (56) л,Короне Вер аираух США 1 Ф /04, 198 637660,ат Я ЩЕ еточное проения: способ лий, состоя- ванных в нем опластичного ем выполнеразмещения элементов,и ет, 1 табл 2 ил,сРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ СТВО СССР ГЕНТ СССР)(57);Использование: щетинодство. Сущность изобрет товления щетинных изд из держателя и зафиксиронных элементов из терм етического материала пу в держателе гнезда для абочих концов щетинны Изобретение относится к щетино-щеточ ому производству.Со времени появления термопластичны синтетических материалов и их использования в изделиях из щетины не было не остатка в попытках к тому, чтобы использо ать термопластичные свойства таких си тетических материалов для того, чтобы закреплять щетинки на держателе щетины. Прэтом, в частности, действовали таким об азом, что пучок щетинок расплавляли на его конце со стороны закрепления, так что об азовывалось утолщение, которое затем испо ьзовалось для закрепления в держателе ще ины. Так, например, является известнь (описание изобретения к патенту США 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 состоянии, 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 М 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 расплавленный 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 интетического материала с производнымиержателями щетины при минимальной поребности во времени, 183604245 50 55 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 (терм оуп ру гость) всех термопл асти чн ых синтетических материалов выше той температуры (температуры застывания), при которой застывает молекулярное ориентирование, 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 переориентации 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 держателе щетины под давлением или при тяге при повышенной температуре, в любом случае выше температуры застывания и преимущественно немного ниже температуры текучести (при аморфных термопластах), 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 состои 1 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 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 привацит к значительному уменьшению времени такта машины для собственного процесса соединения, 18360 "Ниже приведены определяющие темпеатуры для отдельных термопластов (см. , аблицу),Температуру стыковки щетинок и де- . жателя щетины будут устанавливать с слу ае выбора пары материалов термопласт термопласт держателя щетины и щетинок реимущественно в зоне более низкого знаения КТ, соответственно, ГТ. обоих участ)ф ующих партнеров по стыковке и тем самым 10 спользовать в первую очередь изменениеормы этого партнера по стыковке, Так, на- пример, при щетинках из РА (полиамида) с чень высокой температурой плавления ристаллита 265 ОС и держателе щетины из 15 Р (полипропилена) при температуре сты-. овки, лежащей вблизи от него точки плавения кристаллита 165 С, было достигнуто ревосходное фиксирование щетинок. Еси, напротив, держатель щетины. состоит из 20 есткого материала, не показывающего ермоупругие свойства в рассматриваемом десь температурном диапазоне, то темпеатуру стыковки нужно устанавливать в сответствии с участвующим термопластом 25етинок, при РА, следовательно, в диапазое 265 С. В общем далее можно сказать, что аибольшие изменения формы могут достиаться при частичнокристаллических термоластах в диапазоне КТ, при аморфных 30 ермопластах, напротив, в среднем диапаоне между ЕТ и ГТ.Согласно одной форме осуществления зобретения предусмотрено, что для щетиок используют термопласт, имеющий при 35 емпературе стыковки большее сопротивлеие деформации, чем термопласт, использумый для держателя щетинок.При этом осуществлении, следовательо, как в названном выше примере матери лов, в основном используют лищь зменение формы и релаксацию материала ержателя щетины.Вместо этого согласно другому примеру уществления может предусматриваться, 4 то для держателя щетины используют теропласт, имеющий при температуре стыовки большее сопротивление деформации, ем термопласт, используемый для щетиок. В этом случае изменение формы ограичивается в основнбм утолщением на онцах щетинок со стороны закрепления.Выявилось то, что при способе согласно зобретению также могут использоватьсяержатели щетины из полностью других маериалов, например, из дерева или терморективных пластмасс, Также там происходит езупречное фиксирование щетинок, При том всегда получается герметическое заыкание. При жестком держателе щетины. например, из дерева или термооеактивнойпластмассы, в качестве сужения поперечного сечения могут явиться достаточными шероховатости поверхности, в которыепроникает термопластичный синтетическийматериал щетинок за счет релаксации.Проявило себя далее, в качестве предпочтительного, когда процесс стыковки производят с таким образом повышеннойскоростью, что время стыковки меньше времени релаксации участвующего. соответственно участвующих, термопласта(ов). Приэтом изобретением используется тот факт,что сопротивление деформации при ростескорости деформации равным образом увеличивается, то есть, партнер по стыковкепредставляется более твердым, чем он должен был бы быть на основании его температуры. Таким образом, например, возможновставлять утолщение на концах щетинок вдержатель щетины через сравнительно короткое время после расплавления,При предпочтительном осуществленииспособа предусмотрено, что отверстия надержателе щетины в зоне края отверстиявыполнены с большим свободным попереч-.ным сечением, чем утолщение на концахщетинок, и, примыкая к этому, с поперечным сечением, уменьшающимся до самогоузкого поперечного сечения.За счет большего поперечного сеченияотверстий в зоне края отверстия и его постоянного сужения до самого узкого поперечного сечения возникает некоторого родавводной скос, облегчающий ввод утолщенияв отверстие и при определенных обстоятельствах могущий служить для приема вытесненногоо материала.Если отверстия согласно следующемупримеру осуществления изобретения снабжены в направлении ввода щетинок позадисамого узкого поперечного сечения расширением поперечного сечения, то объем позади самого узкого поперечного сеченияможет служить для релаксации деформированного ранее утолщения. Таким образомполучается надежное геометрическое замыкание,Следующее осуществление способа согласно изобретению отличается тем, чтокрай отверстий на держателе щетины послевставления щетинок наформовывают наних,За счет этого прежде всего получаютсвободную от отверстий, соответственно углублений, поверхность, эффективно защищающую от загрязнений. Привыглаживании поверхности может такжеприжиматься возможно слишком сильновытесненный назад материал утолщений.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Исходя из названного вначале способа,задачу изобретения можно решить также засчет того, что утолщения на концах щетиноки стенку отверстий равным образом состоящего из термопласта держателя щетины нагревают дс темгературы стыковки, лежащеймежду температурой застывания и температурой текучести йри аморфных термопластах, соотеетстзеино лежащей между тойтемпературой и темпера. уэой плавлениякристаллита при частично кристаллическихтермопластах, соответственнс удерживаютпри этой температуре стыковки, .при которой термопласты находятся в энтропийноупругом состоянии, и в этом состоянииутолщения вводят в отверстия и раздают надне отверстия при тепловой деформациистенки отверстия наружу,При этом используют те же эффекты засчет того, что после раздачи утолщения надно отверстия стенка отверстия сначаларасширяется и затем при зажиме деформированного утолщения релаксирует,Поинципиально для держателя щетиныможно использовать любую произвольнуюгеометрию. Однако для осуществления способа согласно изобретению в качествепредпочтительного проявил себя держательщетины, отличающийся тем, что он образован из несущей части в форме плитки с вы, ступающими из нее на стороне щетины илина задней .стороне надставками в формевтулки, и что отверстия на держателе щетины, принимающие щетинки, по меньшей мере на большей части их осевого протяжения,находятся вцутри надставок.При.этой форме осуществления стенкуотверстия вследствие меньшей ее толщиныможно быстрее нагреть до требуемой температуры стыковки, чем при массовом держателе щетины.На фиг. 1, 2, 3, 4 - схематически изобра-жено осуществление способа при первойформе исполнения; на фиг. 5, 6, 7, 8, 9, 10,11 - схематически изображено прохождение способа при втором варианте исполнения; на фиг, 12 - изображен вариантдержателя щетины, согласно фиг, 1; на фиг,13, 14, 15 - схематически изображено осуществление способа при третьем вариантеисполнения; на фиг. 1617, 18, 19, 20 -различные формы выполнения держателящетины для осуществления. способа,На фиг. 1 показан пучок щетинных элементов 1 с. большим числом щетинок 2 изтермопласта, имеющий на конце 3 со стороны закрепления утолщение 4. Далее показан вырез из держателя щетины 5 сотверстием 6, Отверстие 6 имеет по меньшей мере по зонам - в изображенном примере осуществления на болырей частоте его длины - свободное поперечное сечение, соответственно диаметр б 1, являющийся меньшим, чем поперечное сечение, соответ 5 ственно диаметр 02, утолщения 4 на конце 3 пучка щетинок 1 со стороны закрепления. Далее отверстие 6 имеет расширенный край 7, который как описывается далее, прежде всего служит в качестве входного скоса для утолщения 4.Утолщение 4 на конце 3 пучка щетинок 1 со стороны закрепления получают за счет того, что свободные концы щетинок расплавляют термически илиза счет ультразвука, благодаря щетинки уменьшаются по их длине и расплав собирается, стекаясь, в гранулу расплава, принимающую приблизительно круглую форму и сохраняющую ее при охлаждении, При аморфных термопластах плавление происходит при достижении температуры текучести, при частично кристаллических термопластах в зоне температуры плавлениякристаллита. Образующаяся в утолщении молекулярная структура при достижении определенной температуры, которая в случае частично кристаллических термопластов более или менее превышает температуру помещения, застывает. В диапазоне между температурой текучести и температурой застывания утолщение еще является хорошо демпфируемым за счет усилий деформирования вследствие его энтронийноупругих свойств. В этом состоянии пучок щетинок 1 вводят его концом 3 со стороны закрепления в отверстия 6 на" держателе щетины 5.При показанном на фиг, 1 примере осуществления также держатель щетины 5 состоит из термопласта, преимущественно такого термопласта, сопротивление деформации которого при повышенной температуре стыковки меньше, чем сопротивление деформации материала щетинок, Отверстия 6, соответственно стенку отверстия, нагревают до повышенной температуры, которая - в зависимости от вида термопласта - в любом случае находится ниже температуры текучести, соответственно температуры плавления кристаллита. Вслед за тем пучок щетииок 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 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 от 1836042 10верстия. Благодаря термоупругим свойствам и различным сопротивлениям деформаии утолщение 4 вновь занимает начальную орму, тогда как стенка отверстия вследстие релаксации материала держателя щетиы плохо охватывает утолщение 4 (фиг, 4). В э ом положении пучок щетинок 1 прочно зафиксирован в держателе щетины 5,На фиг, 5 описана другая форма осущес вления при ее технологическом прохождении, Здесь щетинки 2 расплавляют на их концах с образованием утолщения 9, котоое при последующей рабочей операции (иг, 6) деформируют в цилиндрическую концевую часть 10, при этом, например, пуч к щетинок 1 втягивают обратно в матрицу 11 (фиг, 6). Держатель щетины 5 имеет в э ом случае цилиндрическое отверстие 12,еющее приблизительно такое же попеечное сечение, что и цилиндрическая коневая часть 10 на пучке щетинок 1, Стенкуверстия вновь нагревают до температуры иже температуры текучести, соответствено плавления кристалла. Цилиндрическая концевая часть 10 на пучке щетинок 1 нахоится при повышенной температуре. ПуЧок етинок 1 его цилиндрической концевой час ью 10 с преимущественно повышенной с оростью вталкивают в отверстие 12 (фиг.8 и 9), При попадании цилиндрической коневой части 10 на дно 13 отверстия 12 коневую часть 10 раздают и деформируют показанным на фиг. 10 образом, причем материал держателя щетины 5 непосредственно над дном 13 отверстия 12 термоупругого поддается и частично выходит вверх. Также з есь преимущественно сопротивление деормации материала держателя щетины еньше, чем сопротивление деформации атериала щетинок, так что деформированая при раздаче концевая деталь 14 сохраяет свою, форму и в окончательно о лажденном состоянии прочно зажата ватериале держателя щетины (фиг, 10, 11),На фиг. 12 показана форма выполнения ержателя щетины с дугой формой отверс ия. Отверстие имеет входной скос 7 аналогично скосу на фиг. 1. Оно имеет римыкающий к нему цилиндрический учас ок 15, диаметр которого приблизительно соответствует диаметру утолщения 4, Через с упень сюда примыкает следующий цилинрический участок 16, суженный в поперечм сечении по сравнению с утолщением 4, а счет нагрева стенки отверстия и повыенной температуры на утолщение 4 вновь роисходит процесс стыковки, в конце его ост ображенное на фиг. 13 полоен а тем в этом примере осущевл сненный вверх материал 17 игается из ие, Вслед з ения вытедержателя щетины наформовывают с помощью формовочного инструмента 18, так что образуется гладкая, при определенных обстоятельствах снабженная углублениями 19 поверхность на держателе щетины 5(фиг,и 26, вают ера- ным закрепления ля,отличаюувеличения прдержателя вып На фиг, 16 и 17 показаны следующиеформы осуществления держателя щетины 5.При форме осуществления согласно фиг, 16 10 получается сужение поперечного сечения .отверстия 20 по сравнению с непоказанным утолщением на пучке щетинок за счет конического прохождения стенки отверстия 21, При зтом поперечное сечение может соот ветствоввть во входной зоне поперечномусечению утолщения и затем постоянно становится меньше. В примере осуществления согласно фиг, 17 вновь предусмотрены входной скос 7, с примыканием к нему суже ние поперечного сечения 22 и вслед затемвновь расширение поперечного сечения 23,На фиг, 18 показан держатель щетины 5из жесткого также при повышенной температуре материала, например, из дерева или 25 металла, Он может снабжаться произвольнонанесенными или заданными материалом шероховатостями поверхности 24 в зоне стенки отверстия 25. Если утолщение 5 пучка щетинок вводят в отверстие 25 при тем пературе немного ниже температурытекучести, соответственно температуры плавления кристаллита, то утолщение деформируется термоупругим образом и релаксирует в шероховатости поверхности 24.35 В примере осуществления согласнофиг, 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 сто роне щетины, причем отверстие 28, 29 дляфиксирования пучка щетинок в значительной степени находится внутри надставк 27 в форме втулки. Также здесь нагре стенку отверстия до повышенной темп 45 туры и вставляют пучок щетинок описан"вы 1 е образом.Формула изобретения1, Способ изготовления щетинных изделий, состоящих из держателя и зафиксиро ванных в нем щетинных элементов изтермопластичного синтетического материа. ф ла, путем выполнения в держателе гнезда для размещения нерабочих концов щетинных элементов, расплавлении нерабочих 55 концов щетинных элементов с образованием утолщения при уменьшении при этом их длины и утолщения в гнезде держате щийся тем,что,с целью оизводительности, гнездо олняот по высоте с1836042 30 ЧаСтИЧНО КоТемпература застывразмягчения или стния/, ЕТ+57Яморфные термопемпература застывзмягчения или стйия(., ЕТ полиэтилен д/+30 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 5 термопласты находятся в энтропийноупругом состоянии, лежащей в пределах между температурой затвердевания и температурой текучести в случае выполнения гнезда и утолщения из аморфных термопластов, и 10 температурой затвердевания и температурой плавления кристаллита в случае выполнения гнезда и утолщения из.частично кристаллических термопластов, а закрепление утолщения в гнезде осуществляют в 15 этом состоянии за счет тепловой деформации,2, Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ.и й с я тем, что щетинные элементы выполняют из термопласта, имеющего при температуре 20 стыковки большее сопротивление деформации, чем термопласт, из которого выполняют де ржатели.3. Способ по и, 1, от л и ч а ю щ и й с я тем, что держатель выполняют из термопла ста, 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 щ и йс я тем, что время стыковки утолщения игнезда держателя меньше времени релаксации термопластов стыкуемых элементов,5, Способ по пп,1-4, отл и ч а ю щ и йс я тем, что держатель щетинных элементови,гили щетинные элементы охлаждают непосредственно после стыковки,6, Способ по пп, 1-6, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что верхний участок гнезда держателя выполняют с поперечным сечениембольшим, чем утолщение щетинного элемента.7, Способ по пп, 1-6, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что гнездо держателя снабжают внаправлении ввода щетинок позади самогоузкого поперечного сечения расширениемпоперечного сечения,8. Способ по пп. 1 - 7, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что край гнезда держателя послезакрепления в нем нерабочих концов щетинных элементов наформовывают на них.9, Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что после стыковки утолщения и гнездаутолщение расплющивают на дне гнездапри тепловой деформации с одновремен- .ным образованием кольцевого буртика изматериала стенок гнезда вокруг щетинныхэлементов,арощ Коррек при ГКНТ СССР зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 акаэ 2989 ВНИИПИ Госу Тираж Подписное венного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5