PL202829B1

PL202829B1 - Method of manufacture of high-density composite materials

Info

Publication number: PL202829B1
Application number: PL354962A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Ludyński; Dionizy Biało; Lech Paszkowski
Original assignee: Przedsi & Eogon Biorstwo Prod
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2009-07-31
Also published as: PL354962A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytów o dużej gęstości.The present invention relates to a method of producing high-density composites.

Powszechnie stosowanym materiałem na elementy wyważeniowe np. turbin czy kół samochodowych, rdzenie pocisków strzeleckich, ciężarków wędkarskich i tym podobnych jest ołów.A commonly used material for balancing elements, e.g. turbines or car wheels, bullet cores, fishing weights and the like is lead.

Ołów znajduje także zastosowanie jako materiał absorbujący promieniowanie praktykowane w medycynie i nuklearnych osł onach i zasobnikach.Lead is also used as a radiation absorbing material practiced in medicine and in nuclear shields and reservoirs.

Ostatnio prowadzone badania medyczne wykazały, że ołów jest materiałem bardzo szkodliwym dla ciała ludzkiego. Dostaje się do niego zarówno przez drogi oddechowe jak i przez układ trawienny, jest także absorbowany przez skórę. W organizmie ludzkim wiąże się z enzymami. Osłabia funkcjonowanie wielu organów, przede wszystkim mózgu, centralnego układu nerwowego, nerek i serca.Recent medical research has shown that lead is a material that is very harmful to the human body. It gets there both through the respiratory system and the digestive system, and it is also absorbed through the skin. In the human body, it binds to enzymes. It weakens the functioning of many organs, especially the brain, central nervous system, kidneys and heart.

Dodatkowymi niedogodnościami są odkładanie się ołowiu w ciele ludzkim oraz jego zdolność rozpuszczania się w wodach bieżących i stojących.Additional disadvantages are the deposition of lead in the human body and its ability to dissolve in running and stagnant waters.

Z tego powodu ołów został zakwalifikowany przez U.S. Environmental Protective Agency do grupy 20 najbardziej szkodliwych pierwiastków i substancji chemicznych. Aktualnie w wielu krajach podejmowane są działania prowadzące do eliminacji ołowiu, w wyrobach gdzie jest stosowany najszerzej np. z benzyn, farb, lutów, z pocisków broni strzeleckiej i śrutu, z elementów wyważeniowych i obciążników.For this reason, lead has been classified by the U.S. Environmental Protective Agency to the group of 20 most harmful elements and chemicals. Currently, in many countries, measures are taken to eliminate lead, in products where it is used most extensively, e.g. from gasoline, paints, solder, from small arms and shot bullets, from balancing elements and weights.

Jedną z propozycji materiału - zamiennika dla ołowiu jest kompozyt o dużej gęstości, zachowujący cechy fizyczne ołowiu (gęstość, łatwość formowania, antyradiacyjną absorbcję) i eliminujący jego toksyczne oddziaływanie.One of the proposed material - a replacement for lead is a high-density composite that maintains the physical properties of lead (density, ease of formation, anti-radiation absorption) and eliminates its toxic effect.

Sposób wytwarzania kompozytów o dużej gęstości polega na mieszaniu łączeniu proszku wolframu lub proszków odzyskanych z rozdrobnionych wolframowych węglików spiekanych lub wolframowych stopów ciężkich z tworzywami sztucznymi. Skład chemiczny mieszaniny ustala się w sposób dostosujący gęstość kompozytu do gęstości ołowiu t.j. 11,3 g/cm³. Dzięki temu nie ulegnie zmianie objętość elementu wyważeniowego czy, np. pocisku strzeleckiego. Po wykonaniu granulatu znanymi metodami: wytłaczania, prasowania czy wtrysku uzyskuje się gotową kształtkę. Otrzymaną kształtkę cechuje twardość i wytrzymałość umożliwiająca jej ewentualną obróbkę mechaniczną.The method of producing high-density composites is based on mixing tungsten powder or powders recovered from ground tungsten carbide or tungsten heavy alloys with plastics. The chemical composition of the mixture is set in a way that adjusts the density of the composite to the density of lead, i.e. 11.3 g / cm ³ . Thanks to this, the volume of the balancing element or, for example, a shooting projectile, will not change. After making the granulate using known methods: extrusion, pressing or injection, the finished shape is obtained. The obtained shaped piece is hard and durable, which enables its possible machining.

Przez dobór odpowiedniej proporcji składników kompozytu t.j. rodzaju polimeru i rodzaju ciężkiego proszku można także uzyskiwać materiały o gęstościach innych niż ołów.By selecting the appropriate proportion of the composite components, i.e. the type of polymer and the type of heavy powder, materials with densities other than lead can also be obtained.

Kształtki wykonane z kompozytu przedstawionego w wynalazku są całkowicie nieszkodliwe dla człowieka.The moldings made of the composite presented in the invention are completely harmless to humans.

P r z y k ł a d I. Kompozyt składa się z proszku wolframowego o ziarnistości 5 - 20 μm i tworzywa termoplastycznego - poliamidu w ilości 95,5% wag. proszku i 4,5% wag. tworzywa. Oba składniki poddaje się mieszaniu na gorąco w mieszalniku łopatkowym w temperaturze 300°C w czasie 0,5 godziny i granuluje do rozmiaru 3 - 5 mm. Wykonywanie wyrobów z takiego granulatu odbywa się przez formowanie wtryskowe na wtryskarce ślimakowej lub w przypadku profili przez wytłaczanie na gorąco na wytłaczarce. Gęstość wyrobów wynosi 11,3 g/cm³ co odpowiada gęstości ołowiu.Example I. The composite consists of a tungsten powder with a grain size of 5-20 μm and a thermoplastic material - polyamide in the amount of 95.5% by weight. % of the powder and 4.5 wt. materials. Both components were hot mixed in a paddle mixer at 300 ° C for 0.5 hour and granulated to a size of 3-5 mm. Products from such granules are made by injection molding on a screw injection molding machine or, in the case of profiles, by hot extrusion on an extruder. The density of the products is 11.3 g / cm ^3, which corresponds to that of lead.

P r z y k ł a d II. Kompozyt składa się z drobnoziarnistego proszku węglika spiekanego, np. uzyskanego przez rozdrobnienie zużytych narzędzi i tworzywa termoutwardzalnego lub chemoutwardzanego. Udział objętościowy składników kompozytu wynosi wagowo: 97,9% proszku i 2,1% tworzywa. Taki skład odpowiada w przybliżeniu gęstości ołowiu. Wytwarzanie wyrobów z kompozytu o osnowie tworzywa termoutwardzanego odbywa się przez prasowanie na gorąco mieszaniny lub granulatu o składzie kompozytu przy ciśnieniu 7 MPa i temperaturze 160°C w czasie 1 min/1 mm grubości wyrobu. Wytwarzanie wyrobów z kompozytu o osnowie tworzywa chemoutwardzalnego poprzedza wykonanie granulatu. Stosuje się proces mieszania proszku z ciekłą żywicą lub roztworem żywicy granulowanie i suszenie. Formowanie kształtek realizowane jest przez prasownie matrycowe na zimno i wygrzewane w temperaturze 180°C w czasie 1 godziny.P r z x l a d II. The composite consists of a fine-grained cemented carbide powder, e.g. obtained by grinding used tools, and a thermosetting or chemically hardened plastic. The volume fraction of the composite components is 97.9% by weight of the powder and 2.1% of the material. This composition roughly corresponds to the density of lead. The production of composite products with a thermoset matrix is carried out by hot pressing the mixture or granulate with the composite composition at a pressure of 7 MPa and a temperature of 160 ° C for 1 min / 1 mm of product thickness. The production of composite products with a chemically hardened material matrix is preceded by the production of granules. The process of mixing powder with liquid resin or resin solution is used, granulating and drying. Shaping of the fittings is carried out by cold die pressing and heated at the temperature of 180 ° C for 1 hour.

P r z y k ł a d III. Kompozyt składa się z drobnoziarnistego proszku tzw. stopu ciężkiego uzyskanego z odpadów poprodukcyjnych i poliamidu. Gęstość kompozytu zbliżonego do gęstości ołowiu uzyskuje się przy następującej zawartości wagowej składników: proszku 96,3% i poliamidu 3,7%. Wykonywanie kształtek odbywa się z granulatu o składzie kompozytu poprzez formowanie wtryskowe, wytłaczanie na gorąco lub prasowanie na gorąco.P r x l a d III. The composite consists of a fine-grained powder, the so-called heavy alloy obtained from post-production waste and polyamide. The density of the composite close to that of lead is obtained for the following components by weight: powder 96.3% and polyamide 3.7%. The fittings are made of granulate with a composite composition by injection molding, hot extrusion or hot pressing.

P r z y k ł a d IV. Kompozyt składa się z mieszaniny proszku wolframowego stopu ciężkiego, proszku żelaza i tworzywa syntetycznego. Gęstość kompozytu zbliżonego do gęstości ołowiu uzyskuje się przy odpowiedniej zawartości wagowej poszczególnych składników. Wykonanie kształtek odbywa się z granulatu o składzie kompozytu przez prasowanie matrycowe.P r x l a d IV. The composite consists of a mixture of heavy alloy tungsten powder, iron powder and synthetic material. The density of the composite similar to that of lead is obtained with the appropriate weight content of individual components. The fittings are made of composite granulate by matrix pressing.

Claims

A method for producing a high-density composite, characterized in that tungsten powder or powders of ground tungsten carbide or tungsten heavy alloys are combined with plastics, granulated and formed into shaped bodies of the desired dimensions.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the chemical composition of the mixture is selected so that the density of the composite corresponds to that of lead or has a predetermined density lower or higher than that of lead.

3. The method according to p. The article of claim 1 or 2, characterized in that the high-density composite body is made by extrusion, pressing or injection methods.

4. The method according to p. A method according to any of the preceding claims, characterized in that other metal powders are added to the composite.