RU2377261C1

RU2377261C1 - Method to produce articles from polymer materials

Info

Publication number: RU2377261C1
Application number: RU2008125604/04A
Authority: RU
Inventors: Владислав Борисович Юрханов (RU); Владислав Борисович Юрханов; Лидия Александровна Николаева (RU); Лидия Александровна Николаева; Надежда Дмитриевна Побережнюк (RU); Надежда Дмитриевна Побережнюк; Ирина Николаевна Дариенко (RU); Ирина Николаевна Дариенко
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги"
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2009-12-27

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: proposed invention can be used in machine building for fabricating articles based on extremely-macromolecular polyethylene of varying purpose. Proposed method comprises preliminary cold forming from initial extremely-macromolecular polyethylene powder with subsequent moulding at 190°C and specific pressure of 10 to 15 MPa. Heated obtained article is placed into injection mold wherein laminating layer of polyoxymethylene is injected at 230°C. Now, the article is cooled.

EFFECT: reduced weight, higher hardness and wear resistance.

3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии получения изделий из полимерных материалов и может быть использовано в машиностроении для получения изделий на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена различного функционального назначения.The invention relates to a technology for producing products from polymeric materials and can be used in mechanical engineering to obtain products based on ultra high molecular weight polyethylene of various functional purposes.

Известен способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе полимеров, включающий смешивание компонентов, холодное прессование заготовок, последующее спекание в закрытой форме при заданных температуре спекания и времени спекания, обеспечивающее натяг в результате теплового расширения заготовки, и последующее охлаждение в форме (патент РФ №2266925, МПК C08J 5/00; В29С 43/56, публикация 2005 г.).A known method of manufacturing products from composite materials based on polymers, including mixing the components, cold pressing of the preforms, subsequent sintering in closed form at a given sintering temperature and sintering time, providing an interference fit as a result of thermal expansion of the preform, and subsequent cooling in the mold (RF patent No. 2266925 IPC C08J 5/00; B29C 43/56, 2005 publication).

Данный способ пригоден, только если перерабатываемые полимерные материалы находятся в порошкообразном виде.This method is suitable only if the processed polymer materials are in powder form.

Известен способ получения двухслойного материала, в котором один из слоев выполнен из резины, а второй - из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, заключающийся в том, что осуществляют совместное спекание порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена и резиновой смеси, а затем производят совместное прессование двух слоев (патент РФ №2052357, МПК В32В 25/08, публикация 1996 г.).A known method of producing a two-layer material, in which one of the layers is made of rubber, and the second is of ultra-high molecular weight polyethylene, which consists in the joint sintering of the powder of ultra-high molecular weight polyethylene and rubber compound, and then the two layers are pressed together (RF patent No. 2052357, IPC B32B 25/08, 1996 publication).

Известен способ получения пластин из двухслойного материала, в котором один из слоев также выполнен из резины, а второй - из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, заключающийся в том, что предварительно производят холодное формование наполненного сверхвысокомолекулярного полиэтилена, при этом порошок композиционного материала засыпают в пресс-форму и выдерживают под давлением 10-50 МПа при 20°С в течение 5 мин, а затем осуществляют спекание полученной холодной заготовки с резиной в пресс-форме под давлением 7,5 МПа при температуре 140-180°С в течение 30 мин. (патент РФ №2072921, МПК В32В 25/08, публикация 1997 г.).A known method of producing plates from a two-layer material, in which one of the layers is also made of rubber, and the second is made of ultra-high molecular weight polyethylene, which consists in pre-cold forming the filled ultra-high molecular weight polyethylene, and the powder of the composite material is poured into the mold and kept under a pressure of 10-50 MPa at 20 ° C for 5 min, and then sintering the resulting cold preform with rubber in a mold under pressure of 7.5 MPa at a temperature of 140-180 ° C echenie 30 min. (RF patent No. 2072921, IPC B32B 25/08, 1997 publication).

Получаемый известными способами материал может использоваться только как облицовочный, поскольку между слоями резины и сверхвысокомолекулярного полиэтилена недостаточная твердость поверхности для триботехнического применения.The material obtained by known methods can only be used as a facing material, since between the layers of rubber and ultra-high molecular weight polyethylene there is insufficient surface hardness for tribological use.

Известен способ изготовления полимерных деталей трения скольжения из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, включающий и последующую механическую доводку размеров полимерной детали, при этом исходный порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена подвергают термической обработке в сверхкритическом диоксиде углерода при температуре 40-140°С и удельном давлении 15-25 МПа в течение 2-4 ч перед прессованием из него полимерной детали (патент РФ №2300537, МПК C08J 5/16; C08L 23/06; В29С 43/00; публикация 2007 г.).A known method of manufacturing polymer parts of sliding friction from ultra-high molecular weight polyethylene, including subsequent mechanical fine-tuning of the dimensions of the polymer parts, the initial powder of ultra-high molecular weight polyethylene is subjected to heat treatment in supercritical carbon dioxide at a temperature of 40-140 ° C and a specific pressure of 15-25 MPa for 2 -4 hours before pressing the polymer part from it (RF patent No. 2300537, IPC C08J 5/16; C08L 23/06; B29C 43/00; 2007 publication).

Детали, изготовленные полностью из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, обладают невысокой величиной поверхностной твердости и имеют низкую термостойкость (рабочая температура не более 80°С).Parts made entirely of ultra-high molecular weight polyethylene have a low surface hardness and low heat resistance (operating temperature not more than 80 ° C).

Целью предлагаемого изобретения является создание способа изготовления изделий из полимерных материалов, обладающих повышенными прочностными характеристиками и высокой износостойкостью.The aim of the invention is the creation of a method of manufacturing products from polymeric materials with high strength characteristics and high wear resistance.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

Способ изготовления изделий из полимерных материалов включает предварительное холодное формование заготовки изделия из исходного порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена, последующее прессование заготовки изделия при температуре 190°С и удельном давлении 10-15 МПа, после чего полученное изделие помещают в нагретом состоянии в литьевую пресс-форму, в которую впрыскивают ламинирующий слой полиоксиметилена при температуре 230°С, после чего изделие охлаждают и выталкивают из литьевой пресс-формы.A method of manufacturing products from polymeric materials includes preliminary cold forming of the product blank from the initial powder of ultra-high molecular weight polyethylene, subsequent pressing of the product blank at a temperature of 190 ° C and a specific pressure of 10-15 MPa, after which the resulting product is placed in a heated state in an injection mold, in which is injected with a lamination layer of polyoxymethylene at a temperature of 230 ° C, after which the product is cooled and pushed out of the injection mold.

На чертеже (фиг.1-3) представлены стадии получения изделий в соответствии с предложенным способом.The drawing (Fig.1-3) presents the stages of obtaining products in accordance with the proposed method.

Способ включает предварительное холодное формование из исходного порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена заготовки-таблетки 1 (фиг.1). Затем из прессованной холодной заготовки в пресс-форме 2 (фиг.2) при температуре 190°С и давлении 10-15 МПа (время выдержки зависит от требуемой толщины изделия) получают изделие - («сердечник») 3 (фиг.2-3). Далее полученное изделие («сердечник») помещают в горячем виде в литьевую пресс-форму 4 (фиг.3), куда осуществляют впрыск полиоксиметилена 5 (фиг.3) при температуре 230°С для образования ламинирующего слоя 6 (фиг.3). Затем готовое изделие охлаждается и выталкивается из пресс-формы.The method includes pre-cold molding from the starting powder of ultra-high molecular weight polyethylene preform tablets 1 (figure 1). Then from the pressed cold billet in the mold 2 (figure 2) at a temperature of 190 ° C and a pressure of 10-15 MPa (holding time depends on the required thickness of the product) receive the product - ("core") 3 (figure 2-3 ) Next, the resulting product ("core") is placed hot in the injection mold 4 (Fig. 3), where polyoxymethylene 5 is injected (Fig. 3) at a temperature of 230 ° C to form a laminating layer 6 (Fig. 3). Then the finished product is cooled and pushed out of the mold.

В таблице приведены физико-механические и эксплуатационные характеристики полимерных материалов СВМПЭ и ПОМ, а так же составного изделия типа «пластина», выполненное предлагаемым комбинированным способом, т.е. из СВМПЭ с ламинированным слоем из ПОМ. Здесь использовалось полимерное сырье ф.Тикона; СВМПЭ GUR 4150 (мол. массой 7,3 млн., теплостойкость по Вика - 80°С) и ПОМ «Хостаформ» 2521 G., (теплостойкость по Вика - 140°С).The table shows the physicomechanical and operational characteristics of the polymeric materials UHMWPE and POM, as well as a composite product of the "plate" type, made by the proposed combined method, i.e. from UHMWPE with a laminated layer of POM. The polymer raw materials of F. Ticon were used here; UHMWPE GUR 4150 (mol. Weight 7.3 million, Wick heat resistance - 80 ° C) and POM "Hostaform" 2521 G. (Wick heat resistance - 140 ° C).

Т=25°СT = 25 ° C Т=115°СT = 115 ° C ХарактеристикиCharacteristics СВМПЭUHMWPE ПОМPOM Составное ИзделиеCompound Product СВМПЭUHMWPE ПОМPOM Составное изделиеCompound Product Предел текучести; Н/мм² Yield strength; N / mm ² 2525 4444 -- 14fourteen 4444 -- Модуль упругости; МПаElastic modulus; MPa 680680 21002100 14001400 360360 21002100 11001100 Твердость (по Шору D)Hardness (Shore D) 50fifty 7070 6767 3838 6767 6767 Коэффициент тренияCoefficient of friction 0,080.08 0,130.13 0,130.13 -- 0,130.13 0,130.13 Износостойкость поверхности (по кварцевому песку); мин/мм³ Wear resistance of the surface (on quartz sand); min / mm ³ 18,418,4 1,61,6 1,61,6 1,11,1 2,32,3 2,32,3

Видно, что у полученного изделия «пластина» даже при температуре 25°С показатели жесткости и твердости поверхности выше, чем у материала основы - СВМПЭ, а при температуре 115°С пластина из чистого СВМПЭ уже теряет работоспособность, в то время как составное изделие сохраняет хорошую жесткость, твердость поверхности и износостойкость при истирании.It can be seen that the obtained “plate” product, even at a temperature of 25 ° С, has higher surface stiffness and hardness than that of the base material - UHMWPE, and at a temperature of 115 ° С a pure UHMWPE plate already loses its functionality, while the composite product retains good rigidity, surface hardness and abrasion resistance.

Предложенный способ позволяет получать составные композиционные изделия, внутренняя часть которых состоит из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, а внешняя - из полиоксиметилена.The proposed method allows to obtain composite composite products, the inner part of which consists of ultra-high molecular weight polyethylene, and the outer one is made of polyoxymethylene.

Такие изделия значительно более легкие, чем выполненные полностью из полиоксиметилена, и имеют более высокие показатели твердости, износостойкости, чем изделия, изготовленные полностью из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.Such products are much lighter than those made entirely of polyoxymethylene and have higher hardness and wear resistance than products made entirely of ultra high molecular weight polyethylene.

Claims

A method of manufacturing products from polymeric materials, including preliminary cold forming of the product blank from the initial powder of ultra-high molecular weight polyethylene, subsequent pressing of the product blank at a temperature of 190 ° C and a specific pressure of 10-15 MPa, characterized in that after pressing the resulting product is placed in a heated state in an injection mold a mold into which polyoxymethylene is injected at a temperature of 230 ° C, after which the resulting product, coated with a layer of polyoxymethylene, is cooled and freed from ss form.