PL189462B1 - Sposób formowania powierzchni kontaktowej na matrycy urządzenia do formowania tłocznego materiału plastycznego i matryca urządzenia do formowania tłocznego materiału plastycznego - Google Patents

Abstract

1 . Sposób formowania powierzchni kontaktowej na matrycy urzadzenia do formowania tlocznego materialu plastycznego, znam ienny tym, ze: - obrabia sie matryce urzadzenia srodkami che- micznymi wybranymi sposród czyszczenia rozpuszczal- nikami, wytrawiania, obróbki anodowej, zastosowania podkladu i zastosowania lepiszcza wiazacego chemicznie i/lub srodkami mechanicznymi wybranymi sposród ob- róbki sciernej mechanicznej i wstepnej powierzchniowej obróbki energetycznej do utworzenia powierzchni wiaza- cej dla tej powloki elastomerowej, - nastepnie naklada sie pierwszy elastomerowy material na powierzchnie wiazaca i utwardza sie lub sieciuje pierwszy material elastomerowy i tworzy sie pierwsza zestalona warstwe elastomerowa o pozadanej wlasciwosci adhezyjnej, a potem naklada sie drugi mate- rial elastomerowy na pierwsza zestalona warstwe elasto- merowa i utwardza sie lub sieciuje drugi material elasto- merowy i tworzy sie druga zestalona warstwe elastome- rowa o pozadanych wlasciwosciach antyadhezyjnych 3. Matryca urzadzenia do formowania tlocznego ma- terialu plastycznego zawierajaca umieszczone naprzeciw- ko siebie dwa sztywne czlony ruchome wzgledem siebie, znamienna tym, ze zawiera powierzchnie kontaktowa do kontaktowania preta detergentu/materialu plastycznego, przy czym pow ierzchnia................... Fig.1. PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania powierzchni kontaktowej na matrycy urządzenia i matryca urządzenia do formowania tłocznego materiału plastycznego przy użyciu matrycy do uformowania kształtki materiału. W szczególności wynalazek dotyczy sposobu tłocznego formowania pręta detergentu.

Przez określenie „pręt detergentu” rozumie się tabletkę, bryłkę lub kostkę, co obejmuje mydło, czynny detergent syntetyczny lub ich mieszaninę, gdzie zawartość środka powierzchniowo czynnego wynosi co najmniej 20% wagowych w przeliczeniu na pręt.

Z reguły, przy produkcji prętów detergentów, uprzednio sporządzoną kompozycję, która obejmuje wszystkie składniki pręta, wytłacza się przez dyszę w celu uformowania jednolitego ciągłego „pręta”, który następnie tnie się na mniejsze kawałki o określonej z góry długości, zwane zwykle „kęsami”. „Kęsy” te wprowadza się do stemplownicy lub, alternatywnie, stempluje się napisy na jednej lub więcej powierzchni kawałka, np. przy użyciu matrycy o wymiarach identycznych z wymiarami powierzchni pręta, w którą to powierzchnię uderza się z niewielką siłą, taką jak w przypadku młotka drewnianego, lub przy użyciu matrycy walcowej.

Z reguły stemplownice mają matrycę składającą się z dwóch połówek, przy czym powierzchnia każdej połówki styka się z kęsem przy operacji tłoczenia. Powierzchnie są tak dobrane, aby domykały się zachowując uprzednio nastawiony rozstęp tak, że kęs zamknięty połówkami matrycy uzyskuje przy zgniataniu kształt i wygląd finalny; następnie powierzchnie

189 462 matrycy rozwierają się. W momencie zamykania się połówek matrycy nadmiar kompozycji tłoczywa zostaje wyciśnięty. Jest to tzw. „rąbek”. Aby usunąć rąbek z pręta mydlanego, przepuszcza się go przez otwory „płyty usuwającej rąbki”.

Znane stemplownice matrycowe obejmują maszyny formujące z „matrycą szpilkową”, w których dwa przeciwległe elementy lub połówki matrycy schodzą się ze sobą w momencie zgniatania oraz maszyny formujące z „matrycą skrzynkową”, w których para przeciwległe umieszczonych elementów matrycy formuje pręt, który jest utrzymywany w obrębie otworu przelotowego w obramowaniu skrzynki, z tym, że w momencie zgniatania elementy te nie schodzą się ze sobą a powierzchnia obwodowa pręta jest ograniczana wymiarowo ramą skrzynki.

Często każda połówka matrycy jest wyposażana w matrycę lub we wkładkę wyrzutnikową. Elementy te są zwykle utrzymywane w stanie zamknięcia w obrębie połówek matrycy przy użyciu sprężyn; można je rozewrzeć działając sprężonym powietrzem lub środkami mechanicznymi, w celu wspomagania wyzwolenia się pręta z matrycy. Podczas zamykania połówek matrycy można zastosować podciśnienie dla usunięcia powietrza uwięzionego we wnęce matrycy pomiędzy prętem detergentu i powierzchnią matrycy; w przypadku matryc obrotowych, podciśnienie pomaga utrzymać pręt we właściwej pozycji w czasie obrotu sztab.

Tłoczenie prętów detergentów przy użyciu matrycy ma na celu nadanie prętom powtarzalnego kształtu, gładkiej powierzchni i/lub odciśnięcia napisu w postaci logogramu, znaku fabrycznego lub innego znaku przynajmniej na części powierzchni pręta.

Jednak w trakcie tłoczenia matrycowego na połówkach matrycy gromadzą się resztkowe ilości detergentu, które, przy ciągłym użytkowaniu matrycy, powodują powstawanie na powierzchni pręta widocznych uszkodzeń lub też uniemożliwiają oddzielenie pręta od powierzchni matrycy.

Dla pokonania tych trudności zaproponowano szereg rozwiązań.

Jedno z nich obejmuje chłodzenie połówek matrycy podczas procesu formowania tłocznego.

W innym rozwiązaniu, opisanym w GB-A-746 769, stosuje się zestaw matrycowy, który obejmuje skrzynkę matrycy i parę stowarzyszonych elementów matrycy, wykonanych z tworzywa sztucznego w postaci polimeru o specjalnym module sprężystości. Wadą tego systemu jest konieczność użycia środka antyadhezyjnego, zapobiegającego przywieraniu i gromadzeniu się detergentu na ścianach matrycy i w konsekwencji uszkadzającemu powierzchnię następnych tłoczonych prętów.

W kolejnym rozwiązaniu, opisanym w EP 276 971, stosuje się dwa elementy matrycy, przy czym każdy element obejmuje część elastomerową i nieelastomerową. Część elastomerowa, która kontaktuje się z kostką mydła podczas formowania tłocznego, obejmuje powłokę elastomerową której moduł elastyczności jest zawarty w pewnym określonym przedziale.

Międzynarodowe zgłoszenie patentowe WO 96/00278 opisuje sposób i urządzenie do formowania tłocznego pręta detergentu, w którym zastosowano elementy matrycowe obejmujące część nieelastomerową i część elastomerową o grubości mniejszej niż 200 pm (mikronów). Jest to rozwiązanie szczególnie łatwe do stosowania, ponieważ cienka warstwa elastomeru daje się łatwo nakładać i wymieniać.

Przy dłuższych okresach stosowania, powłoki elastomerowe nałożone na nieelastomerowe matryce nastręczają szereg trudności. Stwierdzono, że niektóre warstwy elastomerowe wykazują tendencję do oddzielania się od nieelastomerowego podkładu. Trudności nastręczało sporządzenie warstwy elastomerowej odznaczającej się dobrą przyczepnością do nieelastomerowego materiału matrycy, a równocześnie dobrymi właściwościami adhezyjnymi.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie co najmniej kilku wymienionych trudności.

Opracowano alternatywne urządzenie, które można stosować do wytwarzania prętów, przy czym dekoracja powierzchniowa daje się nanosić w sposób łatwy i reprodukowalny.

Określenie „dekoracja powierzchniowa” oznacza tutaj jednolity kształt, gładką powierzchnię, i znak taki jak logogram, znak fabryczny lub inny znak tego typu.

Nieoczekiwanie okazało się, że przy zastosowaniu szeregu indywidualnie recepturowanych i spolimeryzowanych warstw elastomerowych można uzyskać optymalne przyleganie do nieelastomerowej matrycy, lub innej podobnej struktury, oraz optymalne właściwości adhezyjne warstwy pozostającej w kontakcie z detergentem.

189 462

Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania powierzchni kontaktowej na matrycy urządzenia do formowania tłocznego materiału plastycznego, w którym:

- obrabia się matrycę urządzenia środkami chemicznymi wybranymi spośród czyszczenia rozpuszczalnikami, wytrawiania, obróbki anodowej, zastosowania podkładu i zastosowania lepiszcza wiążącego chemicznie i/lub środkami mechanicznymi wybranymi spośród obróbki ściernej mechanicznej i wstępnej powierzchniowej obróbki energetycznej do utworzenia powierzchni wiążącej dla tej powłoki elastomerowej,

- następnie nakłada się pierwszy elastomerowy materiał na powierzchnię wiążącą i utwardza się lub sieciuje pierwszy materiał elastomerowy i tworzy się pierwszą zestaloną warstwę elastomerową o pożądanej właściwości adhezyjnej, a potem nakłada się drugi materiał elastomerowy na pierwszą zestaloną warstwę elastomerową i utwardza się lub sieciuje drugi materiał elastomerowy i tworzy się drugą zestaloną warstwę elastomerową o pożądanych właściwościach antyadhezyjnych. Pierwszą i drugą warstwę elastomerową zestala się w różnych warunkach ciśnienia i/lub temperatury i/lub układu katalizatora.

Wynalazek pozwala tak dobrać skład i właściwości każdej elastomerowej warstwy, aby można było uzyskać wymagane właściwości. Na przykład, pierwszą zestaloną warstwę elastomerową można tak wykonać, aby uzyskać dobre przyleganie (adhezję) do powierzchni wiążącej a równocześnie stawiać opór siłom występującym przy formowaniu tłocznym i uwalnianiu materiału. Będzie ona odznaczać się słabymi właściwościami antyadhezyjnymi.

Natomiast zestalona warstwa elastomerowa przewidziana do kontaktowania się z materiałem plastycznym może być tak wytworzona, że będzie odznaczać się dobrą adhezją do warstwy elastomerowej leżącej pod spodem (przyleganie takie jest łatwiej uzyskać aniżeli przyleganie do powierzchni wiążącej) i równocześnie dobrymi właściwościami antyadhezyjnymi.

W razie potrzeby można wytworzyć szereg zestalonych warstw elastomerowych o stopniowanym składzie i/lub właściwościach (takich jak twardość lub przylepność-adhesiveness), przy czym każda z tych warstw będzie wykazywać wymaganą dobrą przyczepność (adhezję) do podłoża elastomerowego, zaś końcowa warstwa elastomerowa będzie odznaczać się dobrymi właściwościami antyadhezyjnymi w stosunku do materiału plastycznego.

W dalszym ciągu wynalazek dotyczy matrycy urządzenia do formowania tłocznego materiału plastycznego, zawierającej umieszczone naprzeciwko siebie dwa sztywne człony ruchome względem siebie, charakteryzującej się tym, że matryca zawiera powierzchnię kontaktową do kontaktowania pręta detergentu/materiału plastycznego, przy czym powierzchnia kontaktowa ma powłokę elastomerową obejmującą co najmniej dwie warstwy elastomerowe 0 różnym składzie i/lub właściwościach, przy czym zewnętrzna warstwa elastomerowa posiada pożądane właściwości antyadhezyjne i spodnia warstwa elastomerowa posiada pożądane właściwości adhezyjne. Moduł sprężystości warstwy elastomerowej jest w zakresie 0,1-50 MPa.

Każda warstwa elastomerowa musi być odporna na warunki, w których zestala się na niej kolejne warstwy.

Użyte w wynalazku określenie „elastomerowy” oznacza materiał zdefiniowany w normie ISO (Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna) 1382 jako „elastomer” lub jako „guma”. Zgodnie z wynalazkiem, definicja materiałów „elastomerowych” obejmuje także elastomery termoplastyczne, kopolimery oraz mieszanki elastomerów, termoplastycznych elastomerów i gum.

Elastomery są zdefiniowane jako polimery o długich, giętkich łańcuchach, niezależnie od rodzaju użytego surowca, które są przetwarzane przy użyciu środków wulkanizujących lub sieciujących wprowadzających wiązania poprzeczne i tworzące strukturę wiązanej poprzecznie sieci. Struktura sieci dopuszcza ruchy cząsteczek łańcuchów makromolekularnych i w rezultacie, po zdeformowaniu przy użyciu pewnej siły, a następnie odjęciu tej siły, struktura powraca w przybliżeniu do pierwotnego rozmiaru i kształtu.

Ze wzrostem temperatury elastomer ulega mięknieniu i przechodzi przez fazę kauczuko-podobną, zachowuje przy tym sprężystość i moduł sprężystości aż do momentu osiągnięcia temperatury rozkładu.

Elastomery termoplastyczne składają się z fazy bezpostaciowej i krystalicznej. Faza bezpostaciowa ma zakres mięknienia poniżej temperatury otoczenia i w związku z tym działa

189 462 jak elastyczna sprężyna; natomiast segmenty krystaliczne, których zakres mięknienia leży powyżej temperatury otoczenia, działiaj^jak węzły sieciowania.

Skład materiałów, z których wykonywane są warstwy elastomerowe może być indywidualnie dobierany do każdej warstwy. Warstwy można spieniać. Na przykład, można dobierać różne materiały wyjściowe lub różne mieszanki materiałów wyjściowych. Korzystnie stosuje się różne ilości środków utwardzających.

Alternatywnie można dobierać warunki, w których zestalana jest każda elastomerowa warstwa. Na przykład, dla każdej elastomerowej powłoki można indywidualnie dobrać temperaturę, ciśnienie (w razie potrzeby podciśnienie) i/lub układ katalizatora. W razie potrzeby można także stosować wymiennie promieniowanie lub światło ultrafioletowe.

Warstwy elastomerowe mogą być poddane różnym wstępnym zabiegom poprzedzającym utwardzanie, takim jak rozpuszczanie w różnych ilościach rozpuszczalnika.

Pierwsza zestalona warstwa elastomerowa jest korzystnie wykonana z materiału, który wykazuje dobrą przyczepność (adhezję) do powierzchni wiążącej. Może być wykonana w warunkach stosunkowo wysokiego ciśnienia i temperatury. Na przykład, można użyć ciśnienia mieszczącego się w przedziale 1-10 MPa (10-100 barów), korzystnie 2-6 MPa (20-60 barów), najkorzystniej około 4 MPa (40 barów) [ciśnienie manometryczne]. Temperaturamoże wynosić około 200°C.

Warstwę elastomerową przewidzianą do kontaktowania się z materiałem plastycznym można utwardzać w warunkach niższego ciśnienia i/lub temperatury, korzystnie pod ciśnieniem atmosferycznym.

Warstwy elastomerowe pośrednie pomiędzy tymi dwoma powłokami, o ile są stosowane, mogą być utwardzane w warunkach temperatury i/lub ciśnienia o wartościach pośrednich w stosunku do warunków zastosowanych do warstw skrajnych.

Warstwy elastomerowe według wynalazku są korzystnie wybierane z klas (elastomerów) opisanych w American Society for Testing and Materials (Amerykańskie Towarzystwo do Badania i Materiałów) D1418, które obejmują:

1. Elastomery o nienasyconych łańcuchach węglowych (Klasa R), obejmujące kauczuki naturalne, np. standardowy kauczuk malezyjski; kauczuk butadienowy, np. BUNa typ TM z Zakładów Bunawerke, Huls; oraz kopolimer butadien/akrylonitryl, np. „Perbunan” typu TM z firmy Bayer.

2. Elastomery o nasyconych łańcuchach węglowych (Klasa M), obejmujące typy etylenowo-propylenowe, np. „Nordel” typu TM z firmy DuPont oraz zawierające fluor, np. „Vitron” typu Tm z firmy DuPont.

3. Elastomery na bazie podstawionych silikonów (Klasa Q), obejmujące kauczuki typu ciekłych silikonów, np. Silastic 9050/50 P (A + B) typu TM z firmy Dow Corning.

4. Elastomery zawierające węgiel, azot i tlen w łańcuchu polimeru (Klasa U), obejmujące poliuretany, np. poliuretany z firmy Belzona.

Odpowiednie warstwy elastomerowe można wykonać z takich materiałów jak kauczuki na bazie ciekłych silikonów, takich jak Silastic 9050/50 P (A + B) z firmy Dow Corning, które po utwardzeniu mają moduł sprężystości rzędu 2-3 MPa oraz poliuretany, np. Belzona PU2221, jak podano niżej, który po utwardzeniu ma moduł sprężystości rzędu 9 MPa, oraz Belzona 2131 (elastomer ciekły MP), produkt dwuskładnikowy oparty na układzie 4,4'-diizocyjanianu difenylometanu (MDI) z zastosowaniem katalizatora typu fenylortęciowego estru kwasu neodekanowego.

Materiał „elastomerowy”, taki jak zdefiniowany powyżej, można wstępnie traktować np. przez sporządzenie roztworu handlowego elastomeru przed naniesieniem go w postaci warstwy na powierzchnię matrycy. Elastomery, kauczuki i kopolimery oraz ich mieszaniny utwardza się lub sieciuje w miejscu zastosowania (in situ), np. składniki obejmujące podstawowy materiał elastomerowy, czynniki sieciujące i inne materiały, takie jak przyspieszacze (utwardzania) można zmieszać z sobą przed naniesieniem w postaci warstwy. Po naniesieniu na matrycę warstwy utwardza się in situ. Utwardzanie to można wspomagać przez użycie ciepła lub innych czynników przyspieszających proces, np. ciśnienia, promieniowania lub światła utlrafioletowego.

189 462

W niektórych przypadkach materiały można rozpuścić w odpowiednim rozpuszczalniku, nanieść na matrycę w postaci roztworu a następnie odparować rozpuszczalnik.

W przypadku materiałów termoplastycznych można doprowadzić materiał do stopienia i w stanie stopionym nałożyć go na matrycę a następnie oziębić i doprowadzić do ponownego zestalenia się.

Według wynalazku, materiały nadające się na warstwy elastomerowe powinny wykazywać moduł sprężystości w zakresie 0,1 do 50 MPa, najkorzystniej 1 do 35 MPa.

Warstwy elastomerowe bliższe powierzchni metalicznej powinny mieć moduł sprężystości wyższy od modułu warstw bliższych powierzchni.

Moduł sprężystości warstwy elastomerów obejmującej powłokę elastomerów mieści się korzystnie w przedziale od 0,1 do 50 MPa.

Moduł sprężystości warstwy elastomeru nałożonego na powłokę można zmierzyć jako siłę wymaganą do wgłębienia powłoki w funkcji głębokości wgniecenia. Z reguły stosuje się twardościomierz z kulistym wgłębnikiem i oznacza pochylenie s na wykresie siły jako funkcji wartości wgłębienia podniesionej do potęgi 3/2. Wartość wgłębienia oznacza głębokość wejścia wgłębnika przy pierwszym kontakcie wgłębnika z powierzchnią, powłoki. Na ogół konieczne jest zastosowanie poprawki oznaczającej wartości wgłębienia na stałą cechowania przyrządu. To znaczy, rzeczywista głębokość wgłębienia d jest związana ze zmierzoną pozorną wartością d' następującym wyrażeniem:

d = d' - (F-C) gdzie F oznacza siłę wcisku. Wartość stałej C wyznacza się przez wciskanie wgłębnika w sztywną powierzchnię i wyznaczenie pozornego przesunięcia jako funkcji siły przyłożonej, która ma pochylenie równe C.

Moduł sprężystości E oblicza się z następującego wyrażenia:

E₌ 3 , ł

4^S VR.(l-b²) gdzie s = F/d , R oznacza promień kulistego wgłębnika twardościomierza; b oznacza stosunek Poissona'a dla powłoki, który w przypadku elastomeru wynosi około 0,5.

W pewnych warunkach, opisanych poniżej, powyższa metoda pomiaru może dać fałszywie zawyżone wartości modułu sprężystości, spowodowane wpływem sztywnego materiału, na który powłoka została nałożona. Aby umknąć tej ewentualności należy zadbać o to, aby promień kontaktu wgłębnika twardościomierza z powłoką nie przekraczał około 0,1 grubości powłoki. Promień kontaktu a jest związany z głębokością wgłębienia następującą zależnością:

a = Td-YR

W przypadku warstw o grubości mniejszej niż 200 pm (mikrometrów) wskazane jest użycie nanotwardościomierza, który jest w stanie mierzyć siły wgłębienia przy niewielkich głębokościach wgłębienia, przy zastosowaniu twardościomierzy o wgłębnikach odznaczających się małym promieniem. Przykładem takiego urządzenia jest „Nanolndenter II” typu TM (firma Nanoinstruments). Rozwiązaniem alternatywnym jest wykonanie tak grubej warstwy badanej (grubszej niż 200 pm (mikrometrów)), aby można było posłużyć się bardziej konwencjonalnym twardościomierzem, takim jak Instron Tester (np. Model 5566).

Całkowita grubość powłoki elastomerów jest korzystnie niewielka, korzystnie mniejsza niż 200 pm (mikrometrów), jak opisano w WO 96/00278.

Zaletą cienkich powłok elastomerowych jest to, że w fabryce mogą być zastosowane do konwencjonalnych matryc z wbudowanym logo. Na przykład mogą być użyte w technikach stosujących szczotkowanie lub natrysk, takich jak natryskiwanie wspomagane powietrzem, bezpowietrzne lub elektrostatyczne. W razie potrzeby, można stosować kombinacje tych metod. Tak może się zdarzyć w przypadku konieczności nanoszenia warstw o różnych grubościach na różne części matrycy. Na przykład, jeśli w subtelnie wymodelowanym obszarze matrycy, np. zawierającym logo, wymagana jest powłoka o pewnej szczególnej grubości, można

189 462 zastosować technikę natrysku po uprzednim usunięciu wyrzutnika logo z głównego korpusu matrycy.

W zależności od rodzaju materiału elastomerowego i wymaganych właściwości, warstwy można utwardzać na matrycy w temperaturze otoczenia lub w temperaturach podwyższonych. Wyższe temperatury można stosować przy odpędzaniu rozpuszczalnika w przypadku elastomerów nanoszonych w postaci roztworów. Dla przyspieszenia procesu utwardzania można też stosować inne metody, np. utwardzanie światłem ultrafioletowym.

Warstwy elastomerowe można nanosić na matryce konwencjonalne. W przypadku grubych warstw, gdy część elastomerowa ulegnie zużyciu lub uszkodzeniu w wyniku użytkowania, które pozostawia np. ślady na wytłaczanej sztabie detergentu, powstaje konieczność usunięcia powłoki; po oczyszczeniu matrycy i przygotowaniu powłoki na powierzchnię matrycy nanosi się nową powłokę przy użyciu specjalistycznego wyposażenia. W przeciwieństwie do tego, nowa powłoka elastomerowa może być na miejscu ponownie nałożona po usunięciu, np. sposobem mechanicznym, starych powłok z pomocą odpowiedniej chemicznej obróbki (np. przy użyciu roztworu wodorotlenku potasu w mieszaninie etanolu i toluenu w przypadku powłok silikonowych i etanolu i/lub metanolu w przypadku warstw poliuretanowych), przez obróbkę powierzchni matrycy i zastąpienie starych powłok nowym materiałem. W ten sposób uzyskuje się poważne oszczędności zarówno na czasie produkcji, jak i na kosztach nakładania nowej powłoki.

Matryca obejmuje korzystnie sztywny materiał wybrany spośród metali i ich stopów, np. mosiądz i inne stopy miedzi oraz stale, obejmujące stal węglową i nierdzewną; oraz inne materiały nieelastomerowe, takie jak żywice termoutwardzalne i termoplastyczne, np. żywice poliestrowe, epoksydowe, furanowe, sztywne poliuretany, materiały ceramiczne, kompozyty i laminaty.

Matryca musi dobrze znosić warunki, w jakich zestalane są warstwy elastomerowe.

Dla zmodyfikowania właściwości mechanicznych i przetwórczych materiałów elastomerowych można do nich dodawać materiały dodatkowe, np. wypełniacze. Skutki dodania wypełniacza zależą od wzajemnych mechanicznych i chemicznych oddziaływań między materiałem elastomerowym i wypełniaczem.

Wypełniacze można stosować w celu zmodyfikowania materiału elastomerowego w kierunku uzyskania pożądanych właściwości, takich jak wytrzymałość na rozdarcie. Korzystnymi wypełniaczami są sadze węglowe, krzemionki; krzemiany oraz wypełniacze organiczne, takie jak żywice styrenowe lub fenolowe.

Dalsze ewentualne dodatki obejmują środki modyfikujące tarcie i przeciwutleniacze.

Korzystnie każda z warstw elastomerowych ma grubość zawartą w przedziale od 0,1 do mniej niż 200 gm (mikronów), korzystnie co najmniej 10 do 150 gm (mikronów), a szczególnie korzystnie 15 do 100 gm (mikronów). W przypadku powłok cieńszych od 1 gm (mikrona) można nie uzyskać równomiernego pokrycia powierzchni matrycy powloką elastomerową.

Właściwości warstwy elastomerowej można dobierać w zależności od składu sztaby detergentu, temperatury przetwarzania i/lub parametrów procesu, takich jak kształt wnęki w połówkach matrycy, szybkość działania urządzenia tłoczącego i wielkość rozstępu pomiędzy połówkami matrycy, dla uzyskania wymaganego rezultatu, np. łatwego oddzielenia sztaby detergentu od matrycy. Stwierdzono, że dla danego składu sztaby detergentu, w przypadku prostej matrycy niezawierającej logogramu, warstwy elastomerowe o grubościach rzędu dolnej granicy podanego przedziału i górnej granicy modułu sprężystości, pozwalają uzyskać korzystne uwalnianie tłoczywa z matrycy.

Jednak w przypadku użycia identycznego składu i matrycy o złożonym rysunku logogramu lub skomplikowanym kształcie, gładkie uwolnienie tłoczywa z matrycy uzyskuje się przy użyciu warstwy elastomerowej o grubości zbliżonej do górnej granicy przedziału grubości i niższych wartościach modułu sprężystości. Podobnie, w przypadku kompozycji detergentu, która z natury rzeczy jest trudniejsza do formowania tłocznego, uwolnienie tłoczywa z głowicy zachodzi gładko w przypadku warstwy elastomerowej o grubości zbliżonej do górnej granicy przedziału grubości i przy mniejszym module sprężystości.

Urządzenie według wynalazku można stosować do formowania pręta detergentu obejmującego środek powierzchniowo czynny, który korzystnie obejmuje w zasadzie mydło lub

189 462 detergent syntetyczny, lub mieszaninę mydła i detergentu syntetycznego. Znajduje ono szczególne zastosowanie przy formowaniu tłocznym miękkich i/lub kleistych prętów detergentów, które zawierają syntetyczne środki powierzchniowo czynne, prętów mydeł półprzezroczystych i przezroczystych o zredukowanej zawartości substancji tłuszczowych, wynoszącej np. 63-78% wagowych w przeliczeniu na masę pręta oraz kostki (mydeł) zawierających środki korzystne dla skóry ludzkiej, takie jak środki nawilżające, alkohole wielowodorotlenowe, oleje, kwasy tłuszczowe i alkohole tłuszczowe. Pierwsza warstwa elastomerowa jest korzystnie nanoszona na powierzchnię tłoczną matrycy metodami mechanicznymi i/lub chemicznymi dla podwyższenia adhezji pomiędzy matrycą i pierwszą warstwą.

Przed naniesieniem powłoki materiału elastomerowego można poddać powierzchnię matrycy różnym rodzajom obróbki wstępnej dla polepszenia siły wiązania pierwszej powłoki z powierzchnią matrycy. Takie procesy wstępnej obróbki mają na celu zdjęcie z metalu słabych warstw granicznych, np. słabych tlenków, dla uzyskania optymalnego kontaktu powierzchni z warstwą i/lub zmodyfikowania topografii powierzchni w celu zwiększenia powierzchni wiązania i dla ochrony powierzchni matrycy w okresie poprzedzającym proces wiązania. Stosowane w tym celu techniki można podzielić na trzy główne grupy:

1. Obróbka ścierna mechaniczna - technika ta obejmuje czyszczenie szczotką metalową, papierem ściernym, zdzieranie powierzchni przy zastosowaniu wody, żwiru, piasku i perełek szklanych oraz polerowanie ścierniwem diamentowym i drążenie elektroiskrowe.

2. Obróbka chemiczna - obejmuje czyszczenie rozpuszczalnikami, wytrawianie, np. przy zastosowaniu kwasów, obróbkę anodową i zastosowanie podkładu lub lepiszcza wiążącego w sposób chemiczny, np. silanu lub silikonu.

3. Powierzchniowa obróbka energetyczna wstępna - szerzej stosowana w przypadku układów niemetalicznych; techniki te obejmują wyładowania koronowe, obróbkę przy użyciu plazmy i technikę laserową.

Ponadto, do wstępnej obróbki powierzchni wiążącej można stosować różne kombinacje powyższych technik.

Niezależnie od nakładania powłok na powierzchnię matrycy będącej w kontakcie z tłoczywem, powłokę elastomerową można korzystnie nakładać na inne części urządzenia tłocznego i na inne maszyny linii produkującej mydło. Na przykład powłokę taką można nakładać na „płytę odrąbkowującą”, która oddziela wytłoczony pręt od nadmiaru wytłoczonej kompozycji pręta, na wyrzutniki z matrycy, na chwytaki, na płytę wspornikową, na której zmontowana jest matryca oraz na powierzchnie nietłoczących części matrycy. Wynalazek może mieć zastosowanie do pojemników na produkty pośrednie w procesie wytwarzania kostki mydła, takich jak miseczki na linii podawania produktu (np. do maszyn pakujących, owijających itd.). Urządzeniem do formowania tłocznego może być każde znane tego typu urządzenie, np. opisane w EP 276 971.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat przekroju matrycy według wynalazku.

Rysunek przedstawia matrycę 1, która zawiera dwie połówki matrycy. Każda połówka matrycy obejmuje sztywny człon 2, 3. Na powierzchniach 4 i 5, uczestniczących w formowaniu tłocznym kostki znajdują się na każdej połówce matrycy dwie powłoki elastomerowe, kolejno 6 i 7 oraz 8 i 9. Połówki 2 i 3 matrycy są zasadniczo identyczne. Na jednej lub na obu powierzchniach tłoczących matrycy można w razie potrzeby umieścić logogram (niepokazany na rysunku).

Połówki matrycy można wykorzystać do wytłaczania pręta detergentu (nie pokazanego na rysunku) przez zwieranie ich ku sobie w kierunku zaznaczonym na rysunku strzałkami A.

Przykłady

Według wynalazku, na powierzchnię roboczą, stykającą się ze sztabą detergentu nałożono pierwszą i drugą warstwę elastomerową.

Przykład I

Matrycę do wytłaczania sztaby detergentu wytworzono z powierzchnią wiążącą zrobioną dla przeprowadzenia testów z brązu, aluminium i stali nierdzewnej. Matrycę tłoczną poddano przede wszystkim frezowaniu, obróbce iskrowej i śrutowaniu szkłem w sposób znany w technice.

189 462

Równocześnie uformowano blok miedziany, który odpowiadał kształtem i rozmiarami kształtowi planowanej sztaby mydlanej. Blok miedziany mieścił się w obrębie powierzchni tłocznej matrycy z tolerancją rzędu 0,05 milimetra.

Matrycę tłoczną zagruntowano farbą podkładową F2260 (z firmy Dow Corning).

Pierwszą warstwę elastomerową utworzono stosując silikon WS27-60-29 (Dow Corning). Jest to produkt oparty na winylometylopolisiloksanie (winylowy VMQ), napełniony krzemionką. Jako czynnik sieciujący zastosowano (2,5-bis-(tert-butyloperoksy)-2,5-dimetyloheksan (DHBP) w stężeniu 1,8 części na 100 części materiału bazowego.

Silikon dociśnięto ręcznie do powierzchni matrycy a następnie do matrycy wprasowano wyporowy blok miedziowy tak, że silikon został dokładnie przyciśnięty do matrycy przy zachowaniu określonej grubości warstwy.

Warstwę silikonu utwardzano stosując ciśnienie i ciepło. Przy tym zabiegu blok miedziowy znajdował się w matrycy. Silikon utwardzano w temperaturze 200°C i pod ciśnieniem 75 do 100 MPa (750 do 1000 barów) w ciągu 0,5 godziny. Utwardzony silikon wykazuje twardość rzędu 60-100° Shore, przy grubości warstwy rzędu 50 pm (mikronów).

Matrycę wraz z blokiem miedziowym schładzano normalnie lub intensywnie.

Schłodzoną matrycę powlekano bezpośrednio silikonem potrzebnym do utworzenia drugiej warstwy elastomerowej. Grubość drugiej warstwy elastomerowej była rzędu 0,05 mm.

Polimer metylopolisiloksanowy zawierający grupy winylowe i wzmocniony napełniaczem na bazie krzemionki pirogenicznej okazał się odpowiedni. Układ utwardzania obejmował silan i środek sieciujący zawierający platynę (silastic 9050-50P, części A i B, Dow Corning). Lepkość takiego silikonu wynosiła około 5000 MPa-s.

Następnie matrycę podgrzano do temperatury 200°C pod ciśnieniem atmosferycznym i utwardzano przez 0,5 godziny.

Uzyskano wielowarstwową powłokę elastomerową, która odznaczała się bardzo dobrą adhezją do matrycy, tak dalece, że nie można jej było usunąć przy pomocy noża.

Wytworzoną powyższym sposobem matrycę zastosowano do wytłaczania sztab detergentu. Do tego celu użyto stemplownicy STUF firmy Mazzoni. Otrzymane wyniki porównano z wynikami uzyskanymi przy użyciu matrycy pokrytej jedną tylko warstwą silikonową, zamontowanej w tej samej stemplownicy.

Wytłaczaną kompozycją detergentową była kompozycja sprzedawana pod nazwą handlową DOVE, produkowana przez Unilever.

Po upływie 0,5 godziny stwierdzono, że sztaby mydlane zaklinowały się w matrycy pokrytej tylko jedną warstwą elastomeru, przy czym na powłoce wewnątrz matrycy tłoczącej pojawiło się uszkodzenie na krawędzi.

Stwierdzono obecność pęknięć na powłoce w matrycy powleczonej pojedynczą warstwą elastomeru, przy czym powłoka częściowo oddzieliła się od matrycy, zwłaszcza w rejonach przybrzeżnych.

Matryce powlekane techniką wielowarstwową nie wykazały żadnych oznak zużycia ani zablokowania matrycy.

Przykład II

Sposób opisany w przykładzie I zastosowano do naniesienia dwuwarstwowej powłoki elastomerowej na podłoże aluminiowe dla sztab mydlanych, kierowanych do maszyny pakującej w kartony. Dla porównania, jako pierwszy przykład porównawczy zastosowano podłoże powlekane twardą pojedynczą warstwą elastomeru, a jako drugi przykład porównawczy zastosowano podłoże pokryte miękką pojedynczą warstwą polimeru, przy czym warstwy wykonano stosując sposób WO 96/00278. Maszyna pakująca w kartony pracowała przez jeden miesiąc z podkładem wykonanym według wynalazku i z podkładami obu przykładów porównawczych.

Po upływie jednego miesiąca stwierdzono, że miękka pojedyncza warstwa powłoki elastomerowej zaczynała się oddzielać od podkładu aluminiowego. Twarda jednowarstwowa powłoka elastomerowa nie wykazała oznak uszkodzenia, natomiast pręty detergentu zaczynały wykazywać oznaki uszkodzenia. Dwuwarstwowa powłoka elastomerowa według wynalazku nie wykazała żadnych oznak uszkodzenia, ani też nie stwierdzono jakichkolwiek uszkodzeń pręta detergentu.

189 462

Fig.1.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób formowania powierzchni kontaktowej na matrycy urządzenia do formowania tłocznego materiału plastycznego, znamienny tym, że:

   - obrabia się matrycę urządzenia środkami chemicznymi wybranymi spośród czyszczenia rozpuszczalnikami, wytrawiania, obróbki anodowej, zastosowania podkładu i zastosowania lepiszcza wiążącego chemicznie i/lub środkami mechanicznymi wybranymi spośród obróbki ściernej mechanicznej i wstępnej powierzchniowej obróbki energetycznej do utworzenia powierzchni wiążącej dla tej powłoki elastomerowej,

   - następnie nakłada się pierwszy elastomerowy materiał na powierzchnię wiążącą i utwardza się lub sieciuje pierwszy materiał elastomerowy i tworzy się pierwszą zestaloną warstwę elastomerową o pożądanej właściwości adhezyjnej, a potem nakłada się drugi materiał elastomerowy na pierwszą zestaloną warstwę elastomerową i utwardza się lub sieciuje drugi materiał elastomerowy i tworzy się drugą zestaloną warstwę elastomerową o pożądanych właściwościach antyadhezyjnych.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszą i drugą warstwę elastomerową zestala się w różnych warunkach ciśnienia i/lub temperatury i/lub układu katalizatora.
3. 3. Matryca urządzenia do formowania tłocznego materiału plastycznego zawierająca umieszczone naprzeciwko siebie dwa sztywne człony ruchome względem siebie, znamienna tym, że zawiera powierzchnię kontaktową do kontaktowania pręta detergentu/materiału plastycznego, przy czym powierzchnia kontaktowa ma powłokę elastomerową (6 i 7) oraz (8, 9) obejmującą co najmniej dwie warstwy elastomerowe o różnym składzie i/lub właściwościach, przy czym zewnętrzna warstwa elastomerowa (7, 9) posiada pożądane właściwości antyadhezyjne i spodnia warstwa elastomerowa (6, 8) posiada pożądane właściwości adhezyjne.
4. 4. Matryca urządzenia według zastrz. 3, znamienna tym, że moduł sprężystości warstwy elastomerowej jest w zakresie 0,1-50 MPa.