Спосіб виготовлення волоконного пластмасового стержня для засобів письма з капілярними каналами

Изобретение относится к технологии изготовления волоконного пластмассового стержня для пишущи х устройств машинной записи и средств письма. Известны способы получения волоконных стержней путем пропитывания пучка полиамидных волокон раствором связующего вещества на основе эпоксидной смолы с последующей термообработкой пучка [1]. Известен способ получения стержней с капиллярными каналами путем погружения пучка волокон в жидкий уретановый форполимер, при котором каналы образуются в процессе полимеризации форполимера за счет выделения газов [2]. Перечисленные способы обладают рядом существенных недостатков: связующие вещества имеют в своем составе летучие вредные растворители, капилярные каналы при спекании образуются случайным образом, их герметические размеры не регулируются, что приводит к появлению брака и снижению качества письма. Известен способ получения волоконного стержня путем соединения пучка параллельных жгутов, имеющих продольные канавки, оболочкой из идентичной расплавленной пластмассы, составляющей жгуты [3]. Недостатком способа является то, что не обеспечивается достаточная жесткость сердечника стержня. Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления волоконного стержня фломастера, по которому пучок волокон с бобины или фильеры направляют на формующую матрицу и там подвергают спеканию, термостабилизации с последующим охлаждением и давлению, причем подбирают такой температурный режим, при котором происходит нагревание поверхности до температуры немного ниже точки плавления используемого термопласта и склеивание пластичных жгутов друг с другом [4]. Сложность осуществления этого способа состоит в невозможности поддержания равной температуры по всему сечению стержня и обусловленное этим снижение его эксплуатационных характеристик. Таким образом, задачей настоящего изобретения явилось получение по безотходной, экологически чистой технологии путем термообработки полых и сплошных мононитей волоконного стержня для средств письма с улучшенными капиллярными свойствами, что позволит повысить эксплуатационные характеристики стержня и качество письма. Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления волоконного пластмассового стержня для средств письма с капиллярными каналами, включающем формование стержня из пучка полимерных волокон, спекание и термостабилизацию с последующим охлаждением, согласно изобретению, в качестве пучка полимерных волокон используют полые и сплошные мононити в соотношении, соответственно, от 1:10 до 10:1, причем сплошные мононити используют с температурой плавления не менее чем на 5°С ниже температуры плавления полых мононитей, спекание осуществляют при температуре плавления сплошных мононитей, а термостабилизацию и охлаждение - в воздушной или газовой среде. Для повышения точности наружного диаметра волоконного пластмассового стержня последний после формования дополнительно калибруют. Термостабилизацию осуществляют при температуре на 10-15°С ниже температуры плавления сплошной мононити. При использовании полых и сплошных мононитей в соотношении меньшем, чем 1:10, ухудшается качество письма и отдача чернил, а в соотношении большем, чем 10:1, качество спекания неудовлетворительное. Осуществление спекания при температуре плавления сплошных мононитей позволяет сохранить проходимость полых мононитей при хорошем качестве спекания. Термостабилизация стержня при температуре на 10-15°С ниже температуры плавления сплошной мононити обеспечивает сглаживание дефектов поверхности стержня. При температуре стабилизации ниже указанного диапазона эффекта не наблюдается, выше - внешний вид стержня ухудшается. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Способ может быть реализован путем использования в качестве полой и сплошной мононитей полиформальдегидных, отличающихся температурой плавления на 10°С, что способствует связыванию полых мононитей без разрушения их капилляров. Пример 1. Пучок волокон, состоящий из 500 низкоплавких сплошных мононитей с температурой плавления 155°С и 100 высокоплавких с температурой плавления 165°С полых мононитей с внутренним диаметром 40 мкм в соотношении 1:1 (по массе) поступает с бобин в формующую матрицу с нагревом до 155°С, соединяется за счет расплавления низкоплавкого компонента, после чего градиентно охлаждается в воздушной или другой газовой среде от 155°С до 20°С. Сплошная мононить изготовлена из сополимератриоксана с диоксоланом (СТД) с содержанием диоксолана 7%, полая мононить - из СТД с содержанием диоксолана 2% по ТУ 6-05-1543-79. Полученный стержень диаметром 1,0 мм наматывается на приемный барабан тянущего устройства, который после наполнения подается к режущему устройству, разрезающему стержень на отрезки 32 мм, которые потом затачиваются с двух сторон и используются в качестве, пишущего элемента. Пример 2. Для обеспечения высокой точности наружного диаметра стержня способ осуществляли аналогично примеру 1, но на выходе формующей матрицы использовали калибрующее устройство, позволяющее получить волоконный стержень с допуском по наружному диаметру 0,05 мм. Пример 3. Для улучшения качества волоконного стержня способ осуществляли аналогично примеру 1, но на выходе формующей матрицы пучок волокон проходил через термостабилизационную камеру, с температурой 140°С. Для получения стержней определяли величину капиллярной силы стержня по методике Кельбера, характеризуемую продолжительностью подъема чернил, поступающих из накопителя по стержню на высоту 30 мм. Величину отдачи чернил определяли методом взвешивания стержней, заполненных чернилами, до и после контакта стержня с промокательной бумагой. Кроме того, была проведена качественная оценка таких характеристик, как плавность и чистота письма, наличие или отсутствие вибрации при письме. Эти показатели приведены в табл. 1. Как видно из табл. 1, предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом существенно улучшает показатели скорости подъема чернил и полноту их отдачи, обеспечивая при этом равномерность линии письма. Влияние соотношения полых и сплошных мононитей в волоконном стержне, температуры плавления исходных полимеров и термостабилизации приведено в табл. 2-4. Данные табл. 3 характеризуют оптимальное соотношение температур плавления сплошных и полых мононитей при заданной температуре спекания, прототип образовывает оболочку при температуре спекания на 5°С ниже температуры плавления мононити. Из табл. 4 следует, что в прототипе изменение температуры стабилизации в интервале 130-155°С не оказывает существенного влияния на качество стержня, а в заявляемом способе в интервале температур 140145°СС происходит сглаживание дефектов поверхности стержня и снятие внутренних напряжений. Из табл. 1-4 следует, что: 1. Волоконный стержень работоспособен при соотношении полых и сплошных мононитей в пределах от 1:10 до 10:1. 2. Температура качественного спекания волоконного стержня на 5°С ниже температуры плавления полых мононитей и равна температуре плавления сплошных мононитей. 3. Термостабилизация оказывает влияние на волоконный стержень при температуре на 10-15°С ниже температуры плавления низкоплавкой мононити. 4. Стержень, изготовленный в соответствии со способом-прототипом, хорошо спекается при температуре, близкой к температуре плавления составляющих его мононитей, но по качественным характеристикам уступает стержню, полученному заявленным способом. Таким образом, предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, позволяет обеспечить более высокое качество письма без вибраций и разбрызгиваний чернил, более полное использование заправляемых чернил, большую надежность в эксплуатации при экологически чистой безотходной технологии его производства. Таблица 1 Показатели свойств стержня, полученного различными способами Способ получения стержня Пример 1 Пример 2 Пример 3 Прототип Скорость подъема чернил, сек/30 мм 8 8 7 65 Полнота отдачи чернил Качество письма 70 70 75 30 Линия равномерная Линия равномерная Линия равномерная Линия прерывается Таблица 2 Показатели свойств стержня при различном соотношении волокон Соотношение волокон сплошных полых 10 1 3 1 1 1 1 3 1 10 Прототип Качество спекания Качество письма Отдача чернил, % хорошее хорошее хорошее удовлетвор. удовлетвор. хорошее удовлетвор. хорошее хорошее хорошее хорошее плохое 32 46 70 79 82 30 Таблица 3 Влияние температуры плавления волокон на качество спекания Темпрература плавления волокон, °С сплошных полых 150 165 155 165 160 165 Качество спекания при температуре 155°С Заявляемый способ Прототип удовлетворит. плохое хорошее плохое удовлетворит. хорошее Таблица 4 Влияние термостабилизации на качество волоконного стержня Температура термостабилизации стержня, °С 130 135 140 145 150 155 Качество стержня Внешний вид стержня Прототип нет эффекта нет эффекта хорошее хорошее удовлетворит. обрыв стержня без изменений без изменений гладкая поверхность гладкая поверхность неровнота поверхности нет эффекта нет эффекта нет эффекта нет эффекта нет эффекта нет эффекта