SU1031746A1 - Способ изготовлени полимерных изделий фигурного профил - Google Patents

Description

f . Изобретение относитс  к перераЬо ке,пластмасс, конкретно к изготовлению изделий фигурного профил  из политетрафторэтилена (ПТФЭ) или сверхвысокомолекул рного полиэтилена (СВМПЭ) или смеси одного из эти  полимеров с наполнител ми методом поршневой экструзии, и может найти применение в производстве экструзио ных изделий, примен емых в качестве уплотнйтельных, антифрикционных материалов в машиностроении и электро технике. Известен способ йзготовлени  изделий фигурного профил  из политетрафторэтилена (ПТФЭ), включающий прессование из порошка цилиндрической заготовки, ее спекание при 3 0380 С и последую« ую обработку заготовки резцом С I. Недостатками указанного способа  вл ютс  высока  трудоемкость произ водства и низкий коэффициент исполь зовани  ПТФЭ, св заннь1Й с большими отходами материала в виде стружек, количество которых составл ет от до 80%и возрастает с увеличением сложности фигурного профил . Известен также способ изготовлени  изделий фигурного профил  из ДИ персионного ПТФЭУ заключающийс  в смешении порошка ПТФЭ с органически ми смазками, выдавливании смеси через мундштук поршневого экструдера, удалении смазки и, в некоторых-случа х , спекании экструдата 2J. Недостатками указанного способа  вл ютс  низка  прочность экструдада до его спекани  (25-100 кгс/см) и склонность экструдата к расщеплению на фибриллы, ориентированные вдоль экструдата. В тех случа х, когда экструдат спекают и получают прочное и монолитное изделие, его размерна  точность в сечении состав л ет +S%, что не позвол ет использовать его без дорос го щей дополнительной обработки. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ из готовлени  полимерных изделий, фигур ного профил , согласно которому порошкообразный материал из ПТФЭ или СВМПЭ или смеси с наполнителем дозируют питателем вибрационного типа в питательную тарелку со скребками, из тарелки полимер сбрасывают скреб ками в канал камеры поршневого экст .2 . рудера и продавливают через камеру поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение. При прохождении через камеру, имеющую канал, соответствующий профилю получаемого издели , полимер под действием тепла нагревателей и давлени  сплавл етс  в монолитную массу и после выхода из камеры или на выходе из нее охлаждаетс  до температуры, при которой экструдат сохран ет приданную форму. Длину зоны спекани  выбирают максимально допустимых размеров, так как при этом пропорционально увеличиваетс  скорость процесса. Длина зо-ны спекани  составл ет обычно 300 1500 мм и ограничиваетс  давлением экструзии, которое возрастает симбатно длине зоны спекани . При этом, чем сложнее и меньше сечение канала в зоне спекани , тем больше сопротивление и тем короче должна быть зона спекани  ГЗЗВ случае, когда из-за большого сопротивлени  зон спекани  развиваетс  высокое давление экструзии, дозируемые порции материала из-за рекристаллизации не свариваютс  между собой в Зоне спекани . Недостатком известного способа  вл етс  низка  производительность процесса, что обусловленно высоким давлением, возникающим при продавливании материала через фигурный канал . Примен емые при изготовлении изделий фигурного профил  камеры спекани  имеют поэтому укороченную , однако при этом пропорционально снижаетс  скорость экструзии , чтобы выдержать необходимое врем  спекани  материала и получить качественные издели . Производительность процесса снижаетс  при этом в 1,5 раза (по сравнению с издели ми простого профил  - трубами, стержн ми и т . п .), Кроме того при изготовлении изделий с тонкими част ми, например ребрами толщиной менее 2 мм, дозирование порошков происходит нуеудовлетворительно , так как порошки зависают а узких кдналах, что приводит к неполному оформлению тонких частей экструдата. Поэтому такие издели  невозможно изготовл ть известным способом . Цель изобретени  - повышение производительности . Поставленна  цель достигаетс  I тем, что согласно способу изготовлени  полимерных изделий фигурного профил  путем дозировани  порошкообразного материала - политетрафтор этилена, сверхвЫсокрмолекул рного полиэтилена или смеси одного из них с наполнителем в поршневой экструдер , формировани  потока материала, уплотнени  и продавливани  поршнем через зону спекани  с последующим охлаждением, после прохождени  зоны спекани  поток материала деформируют при температуре, на С превышающей температуру плавлени  кристаллической фазы полимера, уменьшением сечени  потока на 230 , придава  ему профиль издели . Известно, что ПТФЭ и СВМПЭ при нагревании не переход т в в зкотеку чее состо ние и образуют при плавле нии кристаллической фазы при 32б и ТЗУС высокоэластичные гели с в з костью более 10 П. Поэтому основной метод переработ ки этих материалов - прессование и последующее спекание, разновидность которого  вл етс  поршнева  экструзи . , -;, Обнаружено, что в процессе поршневой экструзии ПТФЭ и СВМПЭ, а так же смеси любого из этих полимеров с наполнител ми образующиес  высок эластичные гели можно деформироват придава  им фигурный профиль в кана ле экструдера, уменьша  сечение кана ла на 2-30. При этом не нарушает с  характер истечени  материала из канала, приданна  экструдату сложна форма не искажаетс , полученные издели  обладают формоустойчивоетью в пределах температур эксплуатации, поверхность изделий характеризуетс  повышенным блеском. Придание мат риалу требуемой сложной формы не ср зу при уплотнении и спекании, как это делаетс  известным способом, а после спекани , когда полимер находитс  в высокоэластичном состо нии, позвол ет- уменьшить давление экстру зии. Деформирование потока на 2-30 не вызывает значительного увеличени  давлени  экструзии, так как сложный профиль придаетс  изделию мундштуком, длина которого составл ет мм. В зоне спекани  поток имеет круглую или пр моугольную форму сечени . В целом давление экструзии при получении изделий сложного профил  оказываетс  всего на 15-20 выше, чем при изготовпе- НИИ изделий простых форм- круглого или пр моугольного сечени , В св зи с этим согласно предлагаемому способу можно получить издели  сложного профил  при производительности практически такой же, как при изготовлении круглых и пр моугольных стержней. Предлагаемый способ может быть легко осуществлен на известных поршнеийх экструдерах, снабженных вибропитат елем , камерой спекани  и поршнеи4м прессом, установленным над камерой спекани . Такие экструдеры должны быть снабжены мундштуками, которые укрепл ют в канале камеры спекани  .со стороны выхода. Длина канала мундштука должна составл ть 30-100 мм, форма канала мундштука должна соответствовать форме издели  сложного профил  с припуском на усадку.9-12 в зависимости от перерабатываемого материала. Каналы камеры спекани  и поршни экструдера должны иметь круглую или пр моугольную форму. Лереход от канала камеры спекани  к каналу мундштука должен быть плавным (достаточно , чтобы угол входа в мундштук составл л ). Площадь канала мундштука (площадь сечени  потока материала ) должна быть на 2-30 меньше площади канала камеры спекани . При значени х менее 2 наблюдаетс  искажение формы экструдата от заданной , а при больших значени х свыше 30 резко возрастает давление экструзии и ухудшаетс  качество экструдера . В качестве исходного сырь  могут быть использованы свободносыпучие порошки ПТФЭ и СВМПЭ или их смеси с наполнител ми, такими как графит, бронза, кокс, дисульфид молибдена и т.п. Целесообразно использовать порошкообразные материалы, полученные путем сплавлени  порошка ПТФЭ суспензионного типа с последующим измельчением пека и СВМПЭ с размером частиц 60-100 мкм. Такие порошки хорошо дозируютс  вибропитател ми поршневых экструдеров и обеспечивают равномерную загрузку в канал камеры спекани . Изготовление изделий согласно предлагаемому способу осуществл ют в следующей последовательности, Поршневой экструдер, состо щий из вибропитател , камеры спекани  и пресса, дополнительно снабжают мундштуком, который укрепл ют в нижней иасти канала спекательной к меры со стороны выхода. Разогревают камеру спекани  до заданной температурь включением секций нагр вателей, установленных снаружи кам ры. Дл  ПТФЭ температуру спекани  поддерживают в пределах С. Дл СВМПЭ температура спекани  устанавливаетс  в диапазоне 150190С . Дл  смесей ПТФЭ и СВМПЭ с напол нителем температуру устанавливают 5-10 С ниже, чем дл  соответствующих полимеров без наполнител . Перед подачей первой порции мат риала ввод т в камеру пробку, пере крывающую канал камеры, и проталки вают ее ходом поршн , после чего включают вибропитатель и осуществл ют подачу, уплотнение и проталкивание материала через канал каме ры спекани .. Скорость экструзии регулируют а томатически числом ходов и длиной хода поршн , Режим экструзии выбирают исход  из анализа характеристик экструдат таких, как внешний вид, прочность, способность к деформации при раст жении . Внутренние напр жени  и формоустойчивость экструдата контр лируют нагревом образцов до максимально допустимой температуры -эксплуатации , осмотром и обмером размеров образцов после охлаждени . Пример 1. Изготавливают пр фильное изделие П-образного сечени ( фиг. 1), используемое в качестве уплотнительного элемента, из ророш кообраэного свободносыпучего ПТФЭ, Процесс осуществл ют на поршневом экструдере в. усилием поршн  до 10 т, снабженном вибропитателем и камерой спекани  общей длиной 1200 мм. Камера спекани  имеет канал посто нного сечени  10-10 мм, в котором со стороны выхода укреплен мундштук длиной 70 мм с фигурным каналом П-образного сечени . Площадь поперечного сечени  канала мундштука на 8 меньше площади сечени  канала камеры спекани . В спекательной камере устанавливают температуру по зонам 370, 390, 380 и , на входе в мундштук . Перед началом экструзии в канал камеры ввод т пробку из ПТФЭ сечением мм и проталкивают ее в камеру ходом поршн  на 50 мм; Исходный ПТФЭ с насыпной плотностью О , 7 г/см и размером частиц бос мкм, полученный путем -сплавлени  порошка суспензионного полимера с последующим измельчением, загружают в вибропитатель и включают его дл  подачи ПТФЭ в канал камеры спекани  Уплотнение и проталкивание порошка осуществл ют поршнем, ход которого 8 верхней входовой зоне канала составл ет 50 мм, число ходов поршн  в минуту.6, ПТФЭ сплавл етс  в канале камеры спекани , после чего при З50с поступает в канал мундштука, причем на входе в мундштук сечение потока уменьшаетс  на 8%.Экструзию провод т при скорости выходаэкструдата 3,2 м/ч и давлении 180 кгс/см. Усадка ПТФЭ после охлаждени  составл ет 12 на сторону , Получают изделие из ПТФЭ в виде П-образного профил  с размером боковых граней 8,5iOf08 мм и паза 1,8-0,2 мм сгладкой поверхностью без трещин и отслоений. Разрушающее напр жение при раст жении образ- цов 240 кгс/см, относительное удлинение при разрыве 150%. После прогрева при в течение 2 ч изделие сохран ет форму и размеры. П р и м е р 2. Изготавливают изделие аналогично примеру 1 за исключением того, что используют ПТФЭ, наполненный 20 мас. кокса со средним размером частиц 70 мкм. Насыпна  плотность материала 0,6 г/см. Температуру по зонам камеры спекани  устанавливают ЗбО, 370, 360 и 350°С, на входе в мундштук . Экструзию провод т при скорости выхода экструдата 4,3 м/ч и давлении 210 кгс/см. Усадка материала после охлаждени  составл ет Т0,0%. Пдлучают П образное профильное изделие с размером граней 8,9±0,8 мм и паза.1,9+0,02 мм с гладкой поверхностью , без трещин и отслоений. Разрушащее напр жение при раст жении образцов 280-кгс/см, относительно удлинение 120. Образцы не тер ют форму после прогрева при в т чение 2ч. Прим-ерЗ. С использованием поршневого экструдера аналогично примеру 1 изготавливают профильное изделие - подкладку под поворотный подшипник (фиг. 2). Используют ПТФ наполненный 15 мас.% размеро частиц 70 мкм, причем насыпна  пло ность материала составл ет 0,6 г/с средний размер частиц 700 мкм, В поршневой экструдер устанавливают камеру спекани  с каналом пос  нного сечени  мм и длиной 1200 мм, В нижней части камеры уст навливают мундштук с каналом фигур ной формы, соответствующей форме г тового издели  с припуском 11% на усадку материала. Площадь поперечн го сечени  канала мундштука 3,8 см т,е, на 30% меньше площади сечени  канала камеры. Температуру в зонах спекани  устанавливают 370, 380 и соответственно по ходу экструзии, на входе в мундштук 350°С. Уплотнение и продавливание материала через зону спекани  осуществл ют поршнем, который ввод т в камеру на глубину 60 мм при числе ходов поршн  в минуту 8, Материал сплавл етс  в камере спекани  и поступает в канал мундштука , причем сечение потока умень шаетс  на 30% Скорость экструзии ,3 м/ч, давление 210 кгс/смЧ Усадка материала при охлаждении составл ет 11,0% на сторону. Отклонение размеров от заданных «1%. Разрушающее напр же ме при раст жении экструдата 170 кгс/см, от носительное удлинение 110%. Поверхность экструдата гладка , без трещин. Образцы не мен ют форму и размеры после прогрева при 2бОС, П р и м е р 4. Изготавливают та кое же профильное изделие, как в примере 3, но вместо ПТФЭ используют СВМПЭ с молекул рной массой виде порошка со средним размером частиц 300 мкм. 8 спёкательной камере устанавливают температуру по зонам 1бО, 190, 180 и 150 С. Уплотнение продавливание и деформирование потока СВНПЭ производ т аналогично примеру 3. Температура в зоне Деформировани  поли, мера на входе а мундштук 150°С. Скорость экструзии составл ет kt3 м/ч при давлении экструзии 2бО кгс/см. Получают изделие иа СВМПЭ с отклонением размеров от заданных ±.1,2% с гладкой поверхностью , без трещин и отслоений. Разрушающёе . напр жение при раст жении 300 кгс/см , относительное удлинение при разрыве 00%, Образцы не тер ют форму и размеры после прогрева при 12Q°C. Примерз. Изготавливают из ПТФЭ профильное изделие - защитную шайбу под резиновые манжеты, профиль которой имеет тонкие части, толщина которых уменьшаетс  от 5 до 0,5 мм. Используют поршневый экструдер аналогично примеру 1, снабженный камерой спекани  с каналом посто нного пр моугольного сечени  ЗОбмм. Со стороны выхода в канале укреплен мундштук, профиль которого соответствует сечению получаемого издели  с припуском 12%, причем площадь сечени  канала составл ет 176 мм , что на 2% меньше сечени  канала камеры спекани , ..д/мна камеры спекани  1000 мм. В камере спекани  устанавливают температуру по зонам 370, 390, 380 и . В канал камеры спекани  ввод т перед началом экструзии пробку из ПТФЭ сечением 306 мм и проталкивают в камеру ходом поршн  на 0 мм. Исходный ПТФЭ с размером частиц 500 мкм и насыпной плотностью 0,8 г/см загружают в вибропитатель и подают в канал камеры спека  . Далее поршнем уплотн ют и проталкивают дозы ПТФЭ через зону спекани , причем ход поршн  составл ет «О мм, число ходов 9 в минуту. ПТФЭ сЛекаетс  в камере спекани  и при поступает в канал мундштука, причем на входе в мундштук сечение потока уменьшают на на 2%. Экструзию провод т при скорости выхода экструдата 6,5 м/ч при давлении 210 кгс/см. Усадка ПТФЭ составл ет 11,3% на сторону. . Производительность процесса 2,6 кг/Ч-изделий с отклонение размеров от заданных ±,1% с гладк блест щей noeepxnocjbio, без трещин и отслоений. Разрушащее напр жение при раст жении 220 кгс/см, относительное удлинение 170%. Образцы не тер ют форму и размеры после прогрева при 260 С. Пример 6.-,Иэ го т а вливают из делие аналогично примеру 5, но вме то ПТФЭ используют СВМПЭ с молекул рной массой 2,0 млн, наполненный 15 мас.% стекловолокна диаметром 10 мкм и длиной 120 мкм. Насыпна  плотность материала 0,5 .г/см. В спекательной камере устанавливают температуру по зонам 1бО, 170, 170 и 160РС, температура в зоне деформировани  потока материала на входе в мундштук 150 С. Скорость экструзии 5,6 м/ч при давлении 250 кгс/см. Усадка матер ала 10, отклонени  размеров экстр дата ±,0% от заданных. Издели  имеют гладкую поверхность, без трещин и отслоений. Образцы не тер ют форму и размеры после прогрева при . Разрешающее напр жение при разрыве 280%, 180. Пример (контрольный). Из готавливают такое же изделие из ПТФЭ, как в примере 5, с использованием такого же оборудовани  и режимов изготовлени  (фиг. З) за. исключением того, что площадь сечени  канала мундштука составл ет 120 мм , что соответствует уменьшению потока ПТФЭ при деформировании на 33.. Экструзию провод т при скорости выхода экструдата 6,5 м/ч при давлении «50 кгс/см , уровень которого возрос из-за высокого сопро тивлени  мундштука,, На полученном экструдате имеютс  трещины и отслоени  по местам сварки отдельных доз ПТФЭ и продол ные трещины в тонких част х сечени . экструдата. П р им ер 8.(контрольный). Из готавливают такое же изделие из ПТ как в примере 5, с использованием такого же оборудовани  и режимов и готовлени  за исключением того, чт площадь сечени  канала мундштука составл ет 177,5 мм или на 1,3% меньше площади сечени  камеры спекани  . Скорость экструзии 6,5 м/ч при давлении 140 кгс/см. Полученный экструдат имеет неоформленный профиль в тонких част х издели . П р и м е р 9. (контрольный). Изготавливают такое же изделие из СВМПЭ, как в примере 6, с использованием такого же оборудовани  и режимов процесса за исключением того, что площадь сечени  мундштука составл ет 120 мм , что соответствует уменьшению потока материала при деформировании на 33%. Скорость экструзии 5,6 м/ч при давлении кгс/см, на экструдате наблюдаютс  продольные трещины в тбнких част х сечени  экструдата. П р и м е р 10 (контрольный) Изготавливают такое же изделие из СВНПЭ, как в примере 6, с использованием такого же оборудовани  и режимов процесса за исключением того, что площадь сечени  мундштука составл ет 177,5 мирили на 1,3 меньше площади сечени  канала камеры. Скорость экструзии 5,6 м/ч при давлении 120 кгс/см,, Полученный экструдат имеет неоформленный профиль в тонких част х.издели . Пример 11 (контрольный по прототипу). Изготавливают из ПТФЭ изделие такого же , как в примере 5, - защитную шайбу под резиновые манжеты (фиг. 3). Используют экструдер, снабженный поршневым прессом усилием Ют виб-ропитателем , установленным над поршневым прессом, и камерой спекани , укрепленной верхней частью в нижней плите пресса. Порошкообразный ПТФЭ с размером частиц 500 мкм и насыпной плотностью 0,7 г/см загружают в вибропитатель и дозируют в верхнюю часть канала камеры спекани . Канал камеры спекани  имеет посто нное сечение площадью 1б5 мм и форму, соответствующую профилю получаемого сечени  с припуском на усадку материала 12%. В камере спекани  устанавливают температуру по зонам 370, 390, 380 и ЗбО С при общей длине зоны спекани  1000 мм. Уплотнение и проталкивание порошка ПТФЭ осущест вл ют поршнем, причем ход поршн  в камере спекани 

составл ет мм, а число ходов 9 в минуту.

ПТФЭ спекаетс  в камере и после хода из камеры охлаждаетс  воздухом . Скорость выхода экструдата 6, м/ч при давлении экструзии it8Q кгс/см.

Экструдат имеет недоофррмленный профиль сечени  в тонких част х (с толщиной менее 2 мм) пористость и отслоение по местам спекани  отдельных порций ПТФЭ.

При дозировании ПТФЭ наблюдаетс  также неполное заполнение узких частей канала камеры спекани . Зависание порошка ПТФЭ при дозировании - вл етс  одной из причин искажени  формы экструдата.

Пример 12 (контрольный по прототипу). Изготавливают такое же изделие, как в примере 11, но вместо ПТФЭ .используют СВМПЭ с кюлекул рной массой 2,0 лн. наполненный стекловолокном 15 мас.%) диаметром 10 мкм и длиной 120 мкм, В спекательной камере устанавливают температуру по зонам 1бО, 170, 170 и 6(fC.

Скорость экструзии составл ет 5,3 м/ч при давлении экструзии 570 кгс/см.

Экструдат имеет недооформленный профиль сечени  в тонких част х отслоение по местам спекани  отдельных порций материала. При дозировании материала наблюдаетс  зависание порошка в канале, в тонких част х, что  вл етс  одной из причин неудовлетворительного качества экструдата.

П р и м е р 13 (по прототипу). Изго- авливают из наполненного ПТФЭ профильное изделие - подкладку под поворотный подшипник (фиг. 2).

Используют экструдер, как в примере 11, с камерой длиной 1200 мм с каналом, профиль которого имеет, посто нное сечение площадью 3,8 см и форму, соответствующую профилю получаемого издели  с припуском на усадку материала 10%,

Температуру в четыре зонах камеры спекани  устанавливают 370 380, 380 и .

Уплотнение и проталкивание материала осуществл ют поршнем с ходом в камере спекани  60 мм при чис ле ходов в минуту 8., Материал после

.камеры спекани  охлаждаетс  на воздухе. Скорость экструзии ,3 м/ч при давлении kBO кгс/см.

Полученный Экструдат имеет попереч

Kwe трещины в местах спекани  отдельных порций материала в зоне .спекани . Дл  снижени  давлени  экструзии и устранени  трещин в экструдате умень:шают длину зоны спекани  до 600 мм,

провод т экструзию при скорости

2,2 м/ч, с тем, чтобы обеспечить спекание материала в камере.

Давление экструзии составл ет 200 кгс/см, усадка материала 10,

Отклонение размеров экструдата 1, Экструдат без трещин и расслоений. При повышении скорости экструзии до 3 м/ч и, более экструдат не успевает за врем  пребывани  в камере спекани  проплавитьс  на всю толщину. Предельна  скорость экструзии 3 м/ч, что на tO меньше, чем по предлагаемому способу (пример З). Пример Т. Изготавливайт

изделие фигурного профил  (фиг, 2), Используют СВМПЭ с молекул рной массой 2,510 в виде порошка со средним размером частиц kQQ мкм и насыпной плотностью 23t) г/см,

В спекательной камере поршневого экстр уд ер а устанавливают температуру по зонам 1бО, 210, 200 и : 197 С. Уплотнение, продавливание и. деформацию потока СШПЭ производ т,

как в примере 3, причем температура на входе в зону деформировани  составл ет .

Скорость экструзии составл ет 3,В м/ч, давление экструзии 330 кгс/смПолучают профильное изделие из

СВМПЭ с отклонением размеров в сечении от заданных +1,5%, с гладкой поверхностью, без трещин и отклоиений . Разрушающее напр жение при раст жении экструдата 280 кгс/см, относительное удлинение 350%, образцы формоустойчи вы при .

П р и м е р 15. Изготавливают издели  из СВМПЭ, как в пр44мере ,

но температуру в зонах камеры спекани  устанавливают 160,. 190, 170 и 1(5 С, а в зоне деформировани  потока k2°C.

Скорость экструзии составл ет . .

lf,i м/ч, давление кгс/см, Ивделие имеет гладкую поверхность, отклонение размеров от заданных i1 ,%. Разрушающее напр жение при

Claims (1)

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ ФИГУРНОГО ПРОФИЛЯ путем, дозирования порошкообразного материала - политетрафторэтилена, сверхвысокомолекулярного полиэтиле* на или смеси одного из них с Исполнителем в поршневой экструдер, формирования потока материала, уплотнения и продавливания поршнем через зону спекания с последующим охлаждением, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности после прохождения зо- . ны спекания поток материала деформируют при температуре, на 5“6О°С превышающей температуру плавления кристаллической фазы полимера, уменьшением сечения потока на 2-30Ϊ, придавая ему профиль изделия. g

   Фиг. 1

   SU .,„ 1031746 >

   1 1031746 ϊ