RU2574267C1 - Способ двухстадийной обработки полимерных материалов методом твердофазной экструзии и ультразвуковым воздействием - Google Patents
Способ двухстадийной обработки полимерных материалов методом твердофазной экструзии и ультразвуковым воздействием Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574267C1 RU2574267C1 RU2014130574/05A RU2014130574A RU2574267C1 RU 2574267 C1 RU2574267 C1 RU 2574267C1 RU 2014130574/05 A RU2014130574/05 A RU 2014130574/05A RU 2014130574 A RU2014130574 A RU 2014130574A RU 2574267 C1 RU2574267 C1 RU 2574267C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solid
- polymers
- cell
- ultrasonic
- product
- Prior art date
Links
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 title claims description 20
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 title claims description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title description 13
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 7
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 5
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007571 dilatometry Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000000886 hydrostatic extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000009114 investigational therapy Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001142 polymer nanocomposite Polymers 0.000 description 1
- 238000010094 polymer processing Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к способу двухстадийной обработки полимерных материалов методом твердофазной экструзии и ультразвуковым воздействием. Область применения - технологии переработки пластических масс методами обработки давлением в твердой фазе. Технической задачей способа является повышение эксплуатационных характеристик профилированных изделий из полимерных материалов. Процесс обработки разделен на две стадии, реализуемые в одном устройстве. На выходе из основной формующей фильеры ячейки изделие проходит через устройство дополнительной обработки, не связанное жестко с ячейкой и колеблющееся с ультразвуковой частотой в направлении, параллельном оси формующего инструмента. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области технологии переработки пластических масс и может быть использовано для получения профилированных изделий из термопластов, применяемых в приборостроении, машиностроении.
Известен способ формования изделий из заготовок термопластов давлением в твердой фазе при комнатной температуре или нагретых до температуры на 10-15°C ниже температуры плавления (у кристаллических термопластов) или температуры стеклования (у аморфных термопластов) без перевода их в вязкотекучее состояние, а только воздействием давления формующего инструмента [патент Франции 2234982, кл. B29F 5/00, опублик. 06.05.75].
К недостаткам способа относится ограниченный ассортимент термопластов, способных перерабатываться давлением в твердой фазе (объемная и листовая штамповка, твердофазная и гидростатическая экструзия, прокатка и т.д.) [Переработка полимеров и композитов в твердой фазе / Г.С. Баронин, A.M. Столин, М.Л. Кербер, В.М. Дмитриев. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. С. 5].
Наиболее близким из числа известных по технической сущности является способ твердофазной плунжерной экструзии с применением ультразвукового воздействия, где ультразвуковые колебания передаются от излучателей непосредственно на металл ячейки высокого давления и через него воздействуют на полимерную заготовку [Кобзев Д.Е. Твердофазная плунжерная экструзия полимерных нанокомпозитов с применением ультразвука / Д.Е. Кобзев, Г.С. Баронин, В.Л. Полуэктов // Перспективные материалы. 2011. №11. С. 449-454].
Однако этот способ подведения ультразвуковых колебаний к металлу оснастки характеризуется существенными потерями энергии вследствие металлоемкости оснастки и утечки ее на раму пресса. Также неизбежным будет уменьшение амплитуды ультразвукового воздействия, так как оснастка является зажатой в разъеме пресса и не имеет возможности совершать колебательные движения. Таким образом, снижается эффективность воздействия ультразвуковых колебаний на эксплуатационные характеристики получаемого изделия.
Технической задачей способа является повышение эксплуатационных характеристик профилированных изделий из полимерных материалов.
Техническая задача достигается тем, что в известном способе получения изделий твердофазной экструзией на выходе из профилирующей фильеры изделие пропускается через устройство дополнительной обработки, не связанное жестко с ячейкой, колеблющееся с ультразвуковой частотой в направлении, параллельном оси формующего инструмента (профилирующей фильеры).
Таким образом, предлагается технологический процесс разделить на две стадии: основная обработка давлением с формованием профиля изделия в известной ячейке [Переработка полимеров и композитов в твердой фазе / Г.С. Баронин, A.M. Столин, М.Л. Кербер, В.М. Дмитриев. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. 140 с.] и последующее окончательное оформление с подведением ультразвуковых колебаний к устройству дополнительной обработки.
Исследование и отработка процесса получения профилированных изделий твердофазной экструзией полимеров с последующей ультразвуковой обработкой реализовывалось на экспериментальной установке для получения профилированных изделий из полимеров с применением ультразвука (фиг. 1). Данная установка состоит из пуансона - 1, матрицы - 2, профилирующей фильеры - 3, термокамеры - 4, термопары - 5, заготовки полимера - 6, болтов крепления устройства дополнительной обработки к ультразвуковым излучателям - 7, устройства дополнительной обработки - 8, ультразвуковых излучателей - 9, опорного устройства - 10. Конструктивным отличием данной ячейки является наличие устройства дополнительной обработки, не связанного жестко с ячейкой, к которому и подводятся ультразвуковые колебания от излучателей. В данной установке можно получать профилированные изделия, которые по форме будут соответствовать формующей фильере.
Процесс получения профилированного изделия заключается в следующем.
Заготовка полимера 6 под действием давления формования продавливается пуансоном 1 через матрицу 2, профилирующую фильеру 3, нагревается с помощью термокамеры 4, оформляясь в изделие заданного сечения. Температура процесса анализируется с помощью термопары 5 и поддерживается измерителем-регулятором температуры ТРМ-101. В предлагаемом способе на выходе из профилирующей фильеры изделие пропускается через устройство дополнительной обработки 8, не связанное жестко с ячейкой, к которому подводятся ультразвуковые колебания от излучателей 9 в направлении, параллельном оси изделия. Данное устройство выполнено в виде пластины с отверстием по центру, имеющим внутреннюю поверхность, геометрически полностью соответствующую профилю формуемого изделия. Устройство имеет входную фаску для предотвращения задира материала. Устройство крепится болтами к сердечникам ультразвуковых излучателей. Профилирующая фильера оформляет профиль изделия, увеличенный на 5% по сравнению с требуемым, который, проходя под давлением через устройство дополнительного профилирования, окончательно оформляется и подвергается ультразвуковой обработке.
Для подтверждения эффективности предлагаемого способа были проведены экспериментальные исследования свойств обработанных материалов.
Известно, что при температурах размягчения полимера, определяемых структурно-механическими методами (например, методом линейной дилатометрии или термомеханическим методом), в полимерных материалах резко возрастает структурная подвижность [Переработка полимеров и композитов в твердой фазе / Г.С. Баронин, A.M. Столин, М.Л. Кербер, В.М. Дмитриев. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. 140 с.]. До этих температур полимерные материалы обладают относительно жесткой матрицей, поэтому обработка материала давлением в твердой фазе без нагрева не позволяет обеспечить требуемых качества поверхности изделия и эксплуатационных показателей. Применение устройства дополнительного профилирования позволяет создать необходимую структурную подвижность материала, облегчает процесс оформления изделия и улучшает качество его поверхности [Кобзев Д.Е. Исследование влияния ультразвука на процесс твердофазной экструзии полимерных композитов и свойства получаемых экструдатов / Д.Е. Кобзев, Д.О. Завражин, Г.С. Баронин // Тезисы 6-й Всероссийской конференции школы-семинара по структурной макрокинетике для молодых ученых, г. Черноголовка, 26-28 ноября 2008 г. - С. 28-29].
Ультразвук широко применяется для интенсификации многих производственных процессов в промышленности, в том числе и для обработки полимеров [Хмелев В.Н. Применение ультразвука высокой интенсивности в промышленности / В.Н. Хмелев, А.Н. Сливин, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок, А.В. Шалунов. - Бийск: Изд-во Алтайского государственного университета, 2010. - 203 с.], однако в технологии твердофазной обработки полимеров известно мало исследований.
В предлагаемом способе в момент прохождения спрофилированного в фильере материала через устройство дополнительной обработки происходят процессы как монолитизации, так и разрыхления в дефектных зонах материала (микротрещины, поры). Вследствие ультразвукового воздействия происходит затягивание и спайка этих дефектных областей, что приводит к монолитизации, увеличению прочностных характеристик материала, улучшению геометрической и размерной стабильности поверхности изделия и упрочнению его рабочих контуров.
После получения готового изделия исследовались его эксплуатационные показатели. Оценивалась прочность обработанных материалов в условиях срезывающих напряжений и одноосного растяжения, а также деформационная теплостойкость, уровень внутренних ориентационных напряжений и водопоглощение за 24 часа.
Изобретение можно проиллюстрировать следующим примером практического использования предлагаемого способа получения профилированных изделий обработкой давлением в твердой фазе.
Пример 1. Получение проката круглого сечения твердофазной экструзией с последующей ультразвуковой обработкой для использования в виде изделий конструкционного назначения с повышенными требованиями к эксплуатационным показателям материала.
Исходный полимерный материал полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) ГОСТ 16338-85.
Заготовки из полимерного материала в форме цилиндров диаметром 5 мм получены методом литья под давлением при температуре расплава 185-190°C.
Отработку технологических режимов получения изделия обработкой давлением в твердой фазе с применением ультразвукового воздействия с частотой 20 кГц и плотностью потока 10 Вт/см2 проводили в экспериментальной ячейке (фиг 1).
Для сравнения способов получения проката, полученного по предлагаемому и известному способу, проведен сравнительный анализ их физико-механических и других эксплуатационных свойств по стандартным методикам: метод определения прочности на срез на специально разработанном устройстве типа «вилка», метод испытания в условиях одноосного растяжения, испытания по определению температуры теплостойкости и уровня внутренних ориентационных напряжений [Переработка полимеров и композитов в твердой фазе: учебное пособие / Г.С. Баронин, A.M. Столин, В.М. Дмитриев, М.Л. Кербер. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. - 140 с.].
Для оценки диффузионных свойств материала изделия использовали зональный метод, который относится к методам нестационарного режима, позволяющий решать как прямые, так и обратные задачи диффузии [Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой / С.П. Рудобашта. - М.: Химия, 1980. - 248 с.].
Сравнительный анализ эксплуатационных характеристик материала изделий, полученных по предлагаемому и известному способу, выявил следующие результаты:
- прочность в условиях срезывающих напряжений увеличивается на 15%;
- прочность в условиях одноосного растяжения увеличивается на 12%;
- модуль упругости при растяжении увеличивается на 30%;
- деформационная теплостойкость увеличивается на 10÷12°;
- уровень внутренних остаточных напряжений снижается на 25%.
Дополнительно снижается суточное водопоглощение на 30%. Улучшение перечисленных выше свойств положительно влияет как на технологические параметры получения проката, так и его физико-механические и другие эксплуатационные показатели.
Claims (1)
- Способ двухстадийной обработки полимерных материалов методом твердофазной экструзии и ультразвуковым воздействием, отличающийся тем, что процесс обработки разделен на две стадии, реализуемые в одном устройстве, на выходе из основной формующей фильеры ячейки изделие проходит через устройство дополнительной обработки, не связанное жестко с ячейкой и колеблющееся с ультразвуковой частотой в направлении, параллельном оси формующего инструмента.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2574267C1 true RU2574267C1 (ru) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1351810A1 (ru) * | 1985-07-08 | 1987-11-15 | Предприятие П/Я В-2913 | Устройство дл твердофазной экструзии термопластов |
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1351810A1 (ru) * | 1985-07-08 | 1987-11-15 | Предприятие П/Я В-2913 | Устройство дл твердофазной экструзии термопластов |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Кобзев Д.Е. "Интенсификация процесса твёрдофазного формования полимеров и композитов ультразвуковым воздействием" автореферат, Тамбов 2012, с.3, 8, 9. Кобзев Д.Е. и др. "Повышение эффективности твердофазной объемной штамповки полимеров ультразвуковым воздействием" Вестник ТГТУ, 2011, Том N4, с.963-с.966. П.В.Комбарова и др. "Твердофазная технология пластифицированных углеродонаполненных нанокомпозитов на основе полиамида", Университет им.В.И.Вернадского, N4(42) 2012, с.350-c.351. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4514351A (en) | Process for the manufacture of articles of high mechanical strength from thermoplastic synthetic resins | |
FR2851954B1 (fr) | Procede de fabrication en continu de tubes en matiere plastique avec etirage bi-axial et ligne de fabrication pour ce procede | |
CN103028624B (zh) | 一种中高频感应加热与振动复合挤压花键轴的装置及工艺 | |
CN103008377A (zh) | 一种新型的镁合金板材挤压成型方法 | |
CN102030955A (zh) | 聚四氟乙烯微孔膜的制造方法 | |
US3246055A (en) | Applying ultrasonic vibration to thermoplastic polymers during molding | |
CN108704949A (zh) | 一种镁合金通道转角热挤压模具及其加热装置 | |
RU2574267C1 (ru) | Способ двухстадийной обработки полимерных материалов методом твердофазной экструзии и ультразвуковым воздействием | |
US3298065A (en) | Apparatus for applying ultrasonic vibration to thermoplastic polymers during forming | |
CN103921391A (zh) | 振动注塑成型机及其用途 | |
CN1669766A (zh) | 高强聚乙烯纤维防弹头盔成型方法及其模具 | |
CN108044731A (zh) | 一种人造板热压机及热压工艺 | |
KR102050859B1 (ko) | 제트 패킹 몰딩 중합체 파이프라인을 위한 방법 및 장치 | |
CN205289486U (zh) | 一种用于热成形硼钢材料分段强化的模具 | |
CN101456045A (zh) | 利用材料热膨胀性能进行板材成形的方法及装置 | |
RU2492965C1 (ru) | Способ формования длинномерных полых изделий из порошковых и пластифицированных масс и устройство для его осуществления (варианты) | |
Bezerra et al. | Manufacturing of complex shape composite parts through the combination of pull-braiding and blow moulding | |
CN108454074B (zh) | 一种热塑性树脂的取向强化方法 | |
CN103191969A (zh) | 一种弹性预加载下中厚板材热态成形的方法和装置 | |
CN207825098U (zh) | 一种人造板热压机 | |
CN102977250B (zh) | 改性聚四氟乙烯、制造方法及其在高频连接器上的应用 | |
Yadegari et al. | Optimization of cooling channels in plastic injection molding | |
SU1479464A1 (ru) | Способ получени изделий из полиолефинов | |
RU2361733C2 (ru) | Способ формования термопластов | |
CN116252464B (zh) | 一种取向pvc-o管材取向过程控制系统及控制方法 |