Способ изготовления изделий из термопластичных композиций

 

Изобретение относится к производству изделий из армированных и неармированных пластиков, в частности, термопластичных композиций методом прессования, и может найти применение в производстве деталей, для которых требуется максимальная прочность, влаго- и радиационная стойкость при минимальном весе, например в строительстве, легкой промышленности, авиа- и судостроении и т.д. Способ изготовления изделий из термопластичных композиций прессованием включает загрузку в пресс-форму наполнителя и последующую пропитку наполнителя расплавом термопластического полимера под давлением путем течения расплава через весь слой наполнителя с последующим удалением избыточного расплава. Последний удаляют через отверстия в нижней части пресс-формы, затем его измельчают и возвращают в производство изделий. Техническим результатом изобретения является улучшение качества изделий за счет повышения однородности и степени их наполнения, а также повышение производительности и удешевление способа. 6 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к производству изделий из пластиков, в частности, высоконаполненных термопластичных композиций методом прессования, и может найти применение в производстве деталей, для которых требуется максимальная прочность, водо- и радиационная стойкость при минимальном весе, например в строительстве, легкой промышленности, авиа- и судостроении и т.д.

Изделия из армированных и неармированных термопластичных композиций могут быть получены различными способами, среди которых наиболее популярны литье, в частности, литье в формы под давлением, а также прессованием.

Наиболее близкий способ изготовления изделий из термопластичных композиций прессованием предусматривает размещение в пресс-форме слоя наполнителя и последующую пропитку наполнителя расплавом термопластического полимера под давлением (см. Химическая энциклопедия. Т. 3, с. 1120, Москва, 1992). К недостаткам данного способа можно отнести то, что расплав термопластического полимера заполняет пресс-форму очень неравномерно и для получения качественных изделий требуется приложение больших давлений при прессовании, в противном случае изделия получаются неоднородными по структуре. В свою очередь, приложение больших давлений удорожает процесс, увеличивает себестоимость изделий и снижает производительность труда.

Задачей изобретения является улучшение качества изделий за счет повышения однородности и степени их наполнения, а технический результат состоит в повышении производительности и удешевлении способа, в том числе, за счет снижения приложенного давления.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления изделий из термопластичных композиций прессованием, включающем загрузку в пресс-форму наполнителя и последующую пропитку наполнителя расплавом термопластичного полимера под давлением, пропитку осуществляют путем течения расплава через весь слой наполнителя с последующим удалением избыточного расплава.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается тем, что избыточный расплав удаляют через отверстия в нижней части пресс-формы.

Удаленный застывший избыточный расплав измельчают с последующим его использованием в изготовлении изделий.

Прессование осуществляют под линейным или нелинейным давлением.

В качестве термопластичного полимера может быть использован, по меньшей мере, один полимер, выбранный из группы, включающей полиэтилентерефталат, полиамиды, полиолефины, полипропилен и полистирол, в том числе и их вторичное сырье.

В качестве наполнителя могут быть использованы сыпучие, порошкообразные, волокнистые, нетканые и тканые материалы и их комбинации, например опилки, бумажная масса, стекловата, песок и др.

Если изделием является кровельная черепица, то можно использовать в качестве наполнителя древесные опилки, а в качестве термопластичного полимера - вторичный полиэтилентерефталат, которые перемешивают и засыпают в пресс-форму, прессование осуществляют разогретым до 240-280С пуансоном под давлением до 5 МПа в течение 5-15 мин, удаляют избыток расплава, после чего сбрасывают давление, выталкивают отпрессованное изделие из матрицы с одновременным формованием на черепице гофра.

Техническая сущность изобретения состоит в следующем.

В процессе прессования изделий было обнаружено, что протекший через слой наполнителя расплав термопластичного полимера не только позволил более равномерно заполнить пресс-форму и заполнить пустоты между частицами наполнителя, но в десятки раз снизить усилия прессования.

Вытекший из пресс-формы расплав-фильтрат быстро застывает. Полученный фильтрат является очищенным продуктом, поскольку расплав отфильтровывается при прохождении через наполнитель. Его можно использовать для изготовления различных изделий.

Пример 1. Изделие - кровельная черепица (гофрированная).

Древесные опилки в виде волокон с поперечным размером 0,2-1 мм и длиной 1-5 мм с насыпной плотностью 0,22 г/см³ и влажностью 7% сушат до содержания влаги менее 1%.

Вторичный полиэтилентерефталат (ПЭТФ) в виде “скраба” (измельченных ПЭТ-бутылок) с частицами толщиной 0,2-0,4 мм и размером 5-10 мм, с насыпной плотностью 0,52 г/см³, удельной вязкостью 0,73 (0,5% р-ра ПЭТФ в О-хлорбензоле), температурой плавления 245С, влажностью 0,4% сушат до содержания влаги менее 0,2%.

Древесные опилки и ПЭТФ после сушки смешивают в соотношении пол массе 1:1 и засыпают матрицу (Т=250-255С) пресс-формы слоем толщиной 40 мм. Затем производится запрессовка разогретым до Т=260С пуансоном до давления в форме 2 МПа (20 атм) и материал выдерживается в форме в течение 10 мин.

Избыток расплава ПЭТФ под давлением отжимается и удаляется из пресс-формы через отверстия в ее нижней части диаметром 1 мм в виде прутков, которые, попадая на охлаждаемую наклонную поверхность, соскальзывают в накопительную емкость.

После измельчения прутков получают гранулят ПЭТФ с размером частиц 0,5-1 мм и удельной вязкостью раствора 0,73.

Указанный гранулят может использоваться в описанном процессе вновь в количестве до 100%. После сброса давления и раскрытия пресс-формы отпрессованное изделие выталкивается из матрицы в размягченном состоянии ножевыми выталкивателями с одновременным формованием гофра и после 5 минут охлаждения на воздухе до Т=220-230С переносится на опоку, где окончательно охлаждается, сохраняя форму, до 60-70С. В готовом изделии толщиной 10 мм отсутствуют воздушные поры, плотность изделия равномерна по толщине и составляет 1330 кг/м³, оно обладает хорошими прочностными характеристиками и атмосферостойкостью.

Пример 2.

Измельченный и очищенный волластонит, представляющий собой коротковолокнистый материал с диаметром волокон около 10 мкм и длиной 100-400 мкм с насыпной плотностью 150 кг/м³, смешивается с порошком трехокиси сурьмы в соотношении 15:1 по массе и помещают в разогретую до 255-260С матрицу пресс-формы слоем 2 см.

Высушенный вторичный ПЭТФ, полученный, например, в соответствии с примером 1, помещают в матрицу на слой наполнителя слоем толщиной 2 см.

Далее производится прессование и формование изделия аналогично примеру 1.

Полученный материал обладает пониженной горючестью, повышенной прочностью.

Пример 3.

Стеклохолст с массой 1 м², равной 100 г, толщиной 1 мм с диаметром элементарных стекловолокон около 20 мкм помещают в разогретую до 235-240С матрицу пресс-формы в три слоя. Вторичный полиамид (капрон) в виде резаных нитей диаметром 0,5 мм и длиной до 100 мм с насыпной плотностью 120 кг/м³, влажностью 2,5% и относительной вязкостью 0,1%-ного раствора полимера в серной кислоте 2,5 сушат до содержания влаги менее 0,5% и укладывают в матрицу пресс-формы на слой наполнителя слоем толщиной 1,0 см. Далее производится прессование и формование изделия аналогично примеру 1. Температура пуансона 240С. Полученный материал обладает повышенной механической и ударной прочностью.

Пример 4.

Высушенный вторичный полиамид в виде резаных нитей (как в примере 3) помещают в разогретую до 180-190С матрицу пресс-формы слоем 1 см. Крошки смеси вторичных полиолефинов (полиэтиленов высокого и низкого давления и полиропилена) с размером частиц 2-5 мм и насыпной плотностью 550 кг/м³ с показателем текучести расплава 2,5 г/10 мин (190С, 2,16 кг) помещают в матрицу пресс-формы слоем толщиной 3 см. Далее производится прессование и формование изделия аналогично примеру 1. Температура пуансона 200С. Полученный материал обладает пониженной плотностью (менее 1000 кг/м³).

Во всех случаях реализации способа разница температур между матрицей и пуансоном может изменяться и динамика давления пуансона может отличаться от линейной в зависимости от необходимых свойств получаемого материала.

В процессе осуществления предложенного способа на начальном и конечном его этапах процентное содержание наполнителя к термопластичной композиции может изменяться в зависимости от требуемых свойств готового изделия.

Формула изобретения

1. Способ изготовления изделий из термопластичных композиций прессованием, включающий пропитку наполнителя в пресс-форме расплавом термопластичного полимера под давлением, отличающийся тем, что пропитку осуществляют путем течения расплава через весь слой наполнителя с последующим удалением протекшего избыточного расплава.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что избыточный расплав удаляют через отверстия в нижней части пресс-формы.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что удаленный застывший избыточный расплав измельчают с последующим его использованием.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что прессование осуществляют под линейным или нелинейным давлением.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве термопластичного полимера используют, по меньшей мере, один полимер, выбранный из группы, включающей полиэтилентерефталат, полиамиды, полиолефины, полипропилен и полистирол.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют сыпучие, порошкообразные, волокнистые, нетканые и тканые материалы и их комбинации.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что изготавливают кровельную черепицу, при этом в качестве наполнителя используют древесные опилки, в качестве термопластичного полимера - вторичный полиэтилентерефталат, которые перемешивают и засыпают в разогретую пресс-форму, прессование осуществляют разогретым до 240-280С пуансоном под давлением до 5 МПа в течение 5-15 мин, удаляют избыток расплава, после чего сбрасывают давление, выталкивают отпрессованное изделие из матрицы с одновременным формованием гофра.