CS258923B1

CS258923B1 - A method for producing cylindrical poly-6-caprolactam castings

Info

Publication number: CS258923B1
Application number: CS856650A
Authority: CS
Inventors: Bohuslav Casensky; Jaroslav Kralicek; Vladimir Kubanek; Jiri Marik
Original assignee: Bohuslav Casensky; Jaroslav Kralicek; Vladimir Kubanek; Jiri Marik
Priority date: 1985-09-18
Filing date: 1985-09-18
Publication date: 1988-09-16
Also published as: CS665085A1

Abstract

Způsob vyroby válcovitých odlitků z poly-6-kaprolaktamu připraveného aniontovou polymerací reakční směsi tvořené 6-kaprolaktamem, bázickým iniciátorem a aktivátorem při teplotách pod bodem táni poly-6- -kaprolaktamu spočívá v tom, že se reakční směs odleje do forem o příčném průřezu víceúhelníku, načež se podrobí polymerací. Odlitky se po1 ochlazení vyjmou k dalšímu opracování na konečný požadovaný válcovitý tvar.The method of producing cylindrical castings from poly-6-caprolactam prepared by anionic polymerization of a reaction mixture formed by 6-caprolactam, a basic initiator and an activator at temperatures below the melting point of poly-6-caprolactam consists in casting the reaction mixture into molds with a polygonal cross-section, after which it is subjected to polymerization. After cooling, the castings are removed for further processing to the final desired cylindrical shape.

Description

Vynález se týká způsobu výroby válcovitých odlitků z polyamidu-6- prostých vnitřního pnutí a dutin. Při odlévání polyamidových tavenin do forem při teplotách nad bodem jejich tání a jejich následným postupným ochlazováním lze vyrobit kvalitní odlitky s relativně malou výtěžností, nebot část polyamidové hmoty se znehodnotí tvorbou dutin různých rozměrů a tvarů, 'tzv. lunkrů. Tento podíl představuje prakticky nevyužitelný odpad.The invention relates to a process for producing cylindrical castings of polyamide-6 free of internal stresses and cavities. When casting polyamide melts into molds at temperatures above their melting point and then gradually cooling them, high-quality castings with relatively low yields can be produced, since a portion of the polyamide mass is destroyed by the formation of cavities of various sizes and shapes, the so-called. lunkrů. This proportion represents practically unusable waste.

Značného pokroku bylo dosaženo při výrobě odlitků polyamidu-6- aplikací rychlé aktivované aniontové polymerace 6-kaprolaktamu ve formách konečného tvaru. Je-li polymerační proces realizován za podmínek blízkých adiabatickým a maximální teplota při této reakci nepřevýší bod tání polyamidu, je získáván odlitek, v němž i přechodně vznikající pnutí se kompenzují. Produkty jsou při pozvolném ochlazování prakticky prosté vnitřního pnutí a vykazují vynikající mechanické vlastnosti. Ukázalo se, že zvláště kvalitní a homogenní jsou zejména odlitky asymetrického tvaru např. desky, ozubená kola, ložiska apod.Significant progress has been made in the production of polyamide-6 castings by the application of rapid activated anionic polymerization of 6-caprolactam in the final form. If the polymerization process is carried out under conditions close to adiabatic and the maximum temperature in this reaction does not exceed the melting point of the polyamide, a casting is obtained in which even the transient stresses are compensated. The products are virtually free of internal stress when cooled slowly and exhibit excellent mechanical properties. It has been shown that castings of asymmetrical shape, such as plates, gears, bearings, etc., are particularly good and homogeneous.

Značným problémem i při využiti popsané progresivní technologie zůstává výroba dlouhých odlitků válcovitého tvaru s kruhovým průřezem. V nitru těchto odlitků se v závislosti na průměru a délce objevují dutiny. V praxi je tento problém běžně řešen tím, že požadovaného válcového tvaru je dosaženo mechanickým opracováním hranolů, které jsou získávány po rozřezání deskového odlitku. I v případech zajištění maximálních úsporných opatření dosahuje odpad ve formě pilin nebo soustružin množství 20 až 80 %. Jisté zefektivněni výroby odlitků válcového tvaru representuje technologie tzv. tlakového lití, při které se působí od jisté fáze tlakem na polymerující směs ve formě válcového průřezu (např. pístem) a to až do zkrystalování odlitku. Touto technologií se daří do určité míry potlačit vznik dutin. Jedná se však o postup náročný z hlediska strojního provedení v porovnání s beztlakovým polymeračním odléváním.The production of long cylindrical castings with a circular cross-section remains a significant problem even when using the described progressive technology. Depending on the diameter and length, cavities appear in the interior of these castings. In practice, this problem is commonly solved in that the desired cylindrical shape is achieved by mechanically processing the prisms that are obtained after cutting the slab cast. Even in the case of maximum cost-saving measures, the waste in the form of sawdust or lathes is 20 to 80%. Certain streamlining of the production of cylindrical castings is represented by the technology of so-called die-casting, in which pressure is applied from a certain stage to a polymerizing mixture in the form of a cylindrical cross-section (e.g. a piston) until the casting crystallizes. This technology succeeds in suppressing the formation of cavities to a certain extent. However, this is a machine-intensive process in comparison with non-pressurized polymer casting.

Podařilo se prokázat, že vznik dutin a defektů majících nežádoucí dopad na kvalitu válcovitých odlitků je způsoben rovnoměrným chladnutím hmoty od stěn zcela symetrických forem s kruhovým průřezem. Dochází k vytvoření trubkovitých tvarů na stěnách formy. Při polymeraci reakční směsi a tuhnutí dochází až k 10% koncentraci materiálu. Vzhledem k vysoké viskozitě dochází k tvorbě dutin uvnitř materiálu.We succeeded to prove that the formation of cavities and defects having an undesirable impact on the quality of cylindrical castings is caused by uniform cooling of the mass from the walls of completely symmetrical molds with circular cross-section. Tubular shapes are formed on the walls of the mold. Up to 10% of the material concentration occurs during polymerization of the reaction mixture and solidification. Due to the high viscosity, cavities are formed inside the material.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob výroby válcovitých odlitků z poly-6-kaprolaktamu připraveného aniontovou polymeraci reakční směsi tvořené 6-kaprolaktamem, bazickým iniciátorem a aktivátorem při teplotách pod bodem tání poly-6-kaprolaktamu podle,vynálezu, který spočívá v tom, že se reakční směs odleje do forem o příčném průřezu víceúhelníku, načež se podrobí polymeraci. Reakční směs je výhodné odlévat do forem o příčném průřezu šesti nebo osmiúhelníku, popřípadě do deskových forem s vícenásobným opakováním průřezů vzájemně propojených tenkým spojem.These disadvantages are overcome by the process for producing cylindrical castings of poly-6-caprolactam prepared by anionic polymerization of a reaction mixture of 6-caprolactam, a basic initiator and an activator at temperatures below the melting point of the poly-6-caprolactam according to the invention. it is cast into molds with a cross section of the polygon and then subjected to polymerization. It is advantageous to cast the reaction mixture into six or octagonal cross-sectional molds, or into plate molds with multiple repetition of cross-sections interconnected by a thin joint.

Zavedením určitého stupně asymetričnosti do formy se dosáhne různé rychlosti tuhnutí materiálu různé rychlosti tuhnutí materiálu vzhledem ke středu formy. Tímto způsobem odlévání do asymetrických forem se dosáhne minimalizace výskytu dutin a tím i primárního odpadu při výrobě válcovitých profilů. Ve srovnáni s postupem vycházejícím z výroby válcových profilů z desek klesá odpad z mechanického opracování hranolů. Výrazně nižši jsou investiční náklady při srovnání s technologií tzv. tlakového lití. Bylo prokázáno, že při popsané technologii lze využít iniciační schopnosti všech běžných bázických iniciátorů a bez omezení i aktivátorů.By introducing a certain degree of asymmetry into the mold, different solidification rates of the material are achieved with different solidification rates of the material relative to the center of the mold. This method of casting into asymmetric molds minimizes the occurrence of cavities and hence of primary waste in the production of cylindrical profiles. Compared to the process of producing cylindrical profiles from plates, the waste from the mechanical processing of prisms decreases. Significantly lower investment costs compared to the so-called die casting technology. It has been shown that the initiation capability of all common basic initiators and, without limitation, activators can be utilized in the described technology.

S výhodou je možné využít pro přípravu reakční násady jako iniciátoru bis(2-methoxyethoxo)dihydrohlinitanu sodného, bis(2-methoxyethoxo)dikaprolaktamátohlinitanu sodného, tetralaktamátohlinitanu sodného, které lze dávkovat ve formě jejich koncentrovaných roztoků.Preferably, sodium bis (2-methoxyethoxo) dihydroaluminate, sodium bis (2-methoxyethoxo) dicaprolactamatoaluminate, sodium tetralactamatoaluminate, which can be dosed in the form of their concentrated solutions, can be used to prepare the reaction batch.

Ve všech případech se podle chráněného postupu získájí odlitky prosté dutin a jiných defektů běžných u válcovitých odlitků získaných postupem využívajícím forem se symetrickým kruhovým průřezem. Postup je proto pro výrobu válcovitých odlitků velmi přitažlivý a ekonomicky výhodný, nehledě na skutečnost, že vícehranný průřez je pro řadu následně získávaných obrobků i vhodnější.In all cases, according to the protected process, castings free of cavities and other defects common to cylindrical castings obtained by a process using symmetrical circular cross-sections are obtained. The process is therefore very attractive and economically advantageous for the production of cylindrical castings, notwithstanding the fact that a polygonal cross-section is also more suitable for many subsequent workpieces.

Příklad 1Example 1

Do polymeračních železných forem o příčném průřezu pravidelného šestiúhelníku o průměru 3, 4, 6, 8 a 10 cm a délce 18 m, resp. 1,5 m umístěných v horkovzdušném termostatu byla nalita při teplotě forem 170 °C reakční směs obsahující 0,35 mol % bis(2-methoxyethoxo)dikaprolaktamátohlinitanu sodného a 0,4 mol % N-acetyl-6-kaprolaktamu když obě komponenty byly smíseny s 6-kaprolaktamem bezprostředně před nalitím.For polymerization iron molds with cross section of regular hexagon with diameter 3, 4, 6, 8 and 10 cm and length 18 m, respectively. 1.5 m placed in a hot-air thermostat was poured at a mold temperature of 170 ° C reaction mixture containing 0.35 mol% sodium bis (2-methoxyethoxo) dicaprolactamate and 0.4 mol% N-acetyl-6-caprolactam when the two components were mixed with 6-caprolactam immediately before pouring.

Teplota směsi po nalití dosáhla 143 °C a v průběhu dalších 20 až 25 min. dosáhla maxim, teploty u největšího průřezu 205 °C a nejmenšícho 198 °C. Získané odlitky byly umístěny do termostatované komory o teplotě 142 °C a pak ponechány pozvolnému chladnutí.The temperature of the mixture after pouring reached 143 ° C and for a further 20 to 25 min. reached a maximum, a temperature at the largest cross-section of 205 ° C and at least 198 ° C. The obtained castings were placed in a thermostatic chamber at 142 ° C and then allowed to cool slowly.

Pomocí rentgenové defektoskopie nebyly objeveny dutiny ani v jediném odlitku. Naopak u válcových odlitků připravených paralelně ve formách stejné délky, průměru, ale přesně kruhového průřezu byly z 92 % nalezeny defekty v podobě různých dutin velikostí od mm do 25 mm v blízkosti osy válce převážně v jeho střední a horní části.No X-ray defectoscopy revealed cavities in a single casting. On the contrary, in cylindrical castings prepared in parallel in molds of the same length, diameter but precisely circular cross section, defects were found in the form of various cavities of sizes from mm to 25 mm near the axis of the cylinder mainly in its middle and upper part.

Přiklad 2Example 2

Polymerační směs obsahující 0,30 mol % tetralaktamátohlinitanu sodného a 0,35 mol %Polymerization mixture containing 0.30 mol% sodium tetralactamatoaluminate and 0.35 mol%

2,4-toluendiisokyanátu byla odlita do deskové formy, jejíž stěny byly tvořeny v prvém případě vlnovcem viz obr. A a ve druhém násobných šestihranů, viz obr. B. Polymerace ve formách uvedeného příčného průřezu a délce 1,2 m předehřátých na teplotu 175 °C proběhla velice rychle a po 18 minutách došlo již k úplnému ztuhnutí polyamidu ve formě, nejvyšší teplota při polymeraci byla 201 °C. Odlitek byl prostý pnutí a nebyly zjištěny nežádoucí dutiny a defekty.The 2,4-toluene diisocyanate was cast into a plate mold, the walls of which were formed in the first case by a bellows, see Fig. A and in the second multiple hexagon, see Fig. B. Polymerization in the above mentioned cross-section and 1.2 m long preheated to 175 The temperature of the polymerization was very rapid and after 18 minutes the polyamide had completely solidified in the mold, the highest polymerization temperature being 201 ° C. The casting was free from stress and no undesirable cavities and defects were detected.

Claims

Process for producing cylindrical castings of poly-6-caprolactam prepared by anionic polymerization of a reaction mixture of 6-caprolactam, a basic initiator and an activator at temperatures below the melting point of poly-6-caprolactam, characterized in that the prepared reaction mixture is cast into cross-sectional molds. and then subjected to polymerization.