Спосіб виготовлення відновлюючих форму пруткових виробів із полімерних матеріалів

1 Спосіб виготовлення відновлюючих форму пруткових виробів із полімерних матеріалів, головним чином на основі термопластичних аморфнокристалічних полімерів, шляхом формування в прес-формі із порошку полімерного матеріалу заготовки з наступним и нагрівом та деформацією, який відрізняється тим, що формування заготовки здійснюється її нагрівом до температури плав Винахід відноситься до області переробки полімерних матеріалів, зокрема, для отримання пруткових виробів, які відновлюють свою початкову форму при нагріві з одночасним збільшенням об'єму, головним чином із термопластичних аморфно-кристалічних полімерів або наповнених композитів на їх основі Він може бути використаний у різних галузях техніки, наприклад, для застосування у датчиках, елементах заклинювання, замкових пристроях та ш За останні 20 - ЗО років розроблено та використовуються багато різних способів одержання полімерних виробів, що відновлюють свою форму при нагріві Серед них - вироби в вигляді плівок або волокон, що термоусаджуються, напівфабрикати в вигляді втулок, трубок, рукавів, які призначені для з'єднання та герметизації труб, проводів, кабелів тощо ВІДОМІ способи виготовлення пруткових полімерних виробів, які основані на твердофазній екструзії циліндричної монолітної заготовки (Сверхвысокомодульные полимеры Под ред А Чиферри, И Уорда, Л Химия, 1983, П В Замотаев, В А Белошенко - Журнал прикладной химии лення полімеру з наступною кристалізацією при прикладенні одновісного тиску 10 - ЗОМПа, а деформування одержаної заготовки - одновісним стисненням в прес-формі при температурі 0,85 0,95 температури плавлення полімеру із ступенем деформації 20 - 40% з наступним охолодженням під цим навантаженням до кімнатної температури 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що за полімерний матеріал використовують надвисокомолекулярний поліетилен 3 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що за полімерний матеріал використовують поліпропілен 4 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що за полімерний матеріал використовують суміш надвисокомолекулярного поліетилену або поліпропілену та терморозширеного графіту при ВМІСТІ останнього 0,3 -1,0 мас % 1994, 67, вып11, 1863 - 1866) або порошкової заготовки (В А Белошенко, В Г Слободина, В Г Гринев, Э В Прут - А с СССР В29С47/54 №1839148, Бюл №48 - 47, 1993, В А Белошенко, В Г Слободина, А А Аскадский и др - Патент РФ №2083369, В29С47/00, 43/02, Бюл №19, 1997, В А Белошенко, Г Б Шустов, В Г Слободина и др - Патент РФ №2105670, В29С47/00,47/54, Бюл №6, 1998) Обидва класи способів створення пруткових виробів відрізняє той факт, що відновлення деформованими заготовками початкової форми відбувається зі збереженням їх об'єму Це відбувається внаслідок того, що при нагріві зростає діаметр зразка і ВІДПОВІДНО зменшується його довжина Найбільш близьким аналогом - прототипом є спосіб створення відновлюючих форму пруткових виробів із полімерних матеріалів за патентом України №32969, В29С47/00, 61/06, Бюл №1, 2001 (В О Білошенко, В М Варюхін, В Г Слободша) Згідно З НИМ, твердофазною екструзією порошкової заготовки із суміші термодинамічно несумісних полімерів можна одержати пруткові вироби, які при нагріві відновлюють форму із збі ю (О (О ю 54665 льшенням об'єму Цей ефект обумовлений появою мікропустот внаслідок міжфазного розшарування Величина ефекту незначна і, як правило, лежить у межах 10% При нагріві таких виробів змінюється головним чином їх діаметр (зростає, в той час як довжина слабо зменшується) Але для багатьох технічних додатків треба мати пруткові вироби, у яких зростає довжина при перетині, що не змінюється або слабо змінюється під час нагріву В основу винаходу поставлена задача удосконалення відомого способу отримання пруткових виробів із полімерних матеріалів, які відновлюють форму, у котрому за рахунок особливого стану та складу полімерного матеріалу, а також режимів його деформування при нагріві прутків досягається значне незворотнє збільшення об'єму внаслідок переважного збільшення довжини Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення відновлюючих форму пруткових виробів із полімерних матеріалів, який включає формування в прес-формі із порошку полімерного матеріалу заготовки, нагрів її та деформацію, згідно винаходу, формування заготовки здійснюють її нагрівом до температури плавлення полімеру з наступною кристалізацією при прикладенні одновісного тиску 10 - ЗОМПа, а деформування одержаної заготовки - одновісним стисненням в прес-формі при температурі (0,85 0,95) температури плавлення полімеру із ступенем деформації 20 - 40% з наступним охолодженням до кімнатної температури Ряд інших ВІДМІН способу належить до вибору конкретних матеріалів, а саме - НВМПЕ (надвисокомолекулярного поліетилену), - ПП (поліпропілену), - Сумішей НВМПЕ та ПП з терморозширеним графітом (ТРГ) при ВМІСТІ останнього 0,3 1,0мас% Пропонуємий спосіб обґрунтовується на результатах проведених авторами наукових досліджень Реалізація ефекту значного незворотнього збільшення об'єму при нагріві прутка полімеру досягається за рахунок створення у вихідної заготовки пористої структури, Завдяки цьому при деформуванні заготовки одновісним стисненням в прес-формі відбувається ущільнення матеріалу Одночасно внаслідок охолодження заготовки під навантаженням в ньому формується напружений стан, який, релаксуючи при нагріві, і приводить до зростання об'єму прутка за рахунок відновлення початкової пористості Введення в полімер пористого наповнювача, що ущільнюється, сприяє підсиленню цього ефекту Як наповнювач доцільно використовувати ТРГ Він має низьку насипну густину (0,02г/см3), добре пресується і дозволяє виготовляти різноманітні композиції з термопластами (Л С Семко Основні принципи побудови кластерів та закономірності формування властивостей полімерних композиційних систем Дис доктора техн наук Київ Інститут хімії поверхні НАНУ, 1998) Порошки НВМПЕ та ПП також добре пресуються МОНОЛІТНІ заготовки з них мають великий запас пластичності, тобто добре деформуються В певних умовах (невеликий тиск при 4 гарячому пресуванні порошку) вдається одержати з них заготовки з необхідною пористістю і достатньою МІЦНІСТЮ Найкращі значення тиску при формуванні з порошку заготовки складають 10 ЗОМПа При меншому тисці заготовки мають занадто дефектну структуру (багато великих порожнин), невелику МІЦНІСТЬ і тому непридатні для подальшого використання Якщо заготовка з порошку полімерного матеріалу одержується при більших тисках, вона має невелику пористість, тому непридатна для реалізації розглядаємого ефекту відновлення форми Отже, приведений вишче інтервал тисків є оптимальним Якщо далі деформувати заготовку при кімнатній або близької до неї температури, то при знятті навантаження напруження в матеріалі в значній мірі зрелаксують Це викличе часткове відновлення форми Крім того, подальше відновлення форми буде відбуватись вже при незначному нагріві прутка, що ускладнює умови його зберігання При температурі деформування, близької до температури плавлення полімеру, не вдається сформувати необхідний напружений стан До того ж? виникають проблеми з облоєм Таким чином, нами обраний інтервал температур деформації (0,85 - 0,95) температури плавлення полімеру Переважні ступені деформації заготовки визначені із наступних обставин При невеликих значеннях є де Іп, Ik - ВІДПОВІДНО початкова і кінцева довжина заготовки, має місто і незначне збільшення об'єму В разі є > 40% при нагріві спостерігається велика остаточна деформація, що є характерною особливістю поведінки аморфно-кристалічних полімерів (В А Белошенко, П В Замотаев, О П Митюхин, В Г Слободина - Физика и техника высоких давлений, 1995, 5, №3, 43 - 48) ВІДОМОСТІ, ЩО підтверджують можливість реалізації винаходу В таблиці приведені результати лабораторних випробувань циліндричних прутків, відновлюючих форму із зростанням об'єму Значення ДІ/І (відносне змінення довжини) та AV/V (відносне змінення об'єму) стосуються температури нагріву 120°С Д V V, - V, ^-•100%, V де індекси п та k означають "початковий", "кінцевий" Методика одержання зразків та проведення випробувань включала - одержання пористої заготовки плавленням полімерного матеріалу в циліндричній пресформі під одновісним тиском 25МПа з наступною кристалізацією, - деформування заготовки одновісним тиском в прес-формі при температурі 0,9 температури плавлення з наступним охолодженням під навантаженням до кімнатної температури, - добування зразка із прес-форми, - виміри діаметра та довжини, ДІ • 100% 54665 - нагрів зразка в вільному стані з витримкою при температурі 120°С протягом 15 хвилин з метою відновлення форми, - виміри діаметра та довжини зразка після його охолодження Густину полімерного матеріалу р виміряли зважуванням зразків та визначенням їх об'єму шляхом вимірювання геометричних розмірів Густина вихідних заготовок полімерів суттєво менша, ніж р ВІДПОВІДНИХ бездефектних матеріалів, одержаних за традиційними технологіями Наприклад для заготовок НВМПЕ вона складає 3 0,72г/см , ПП - 0,66г/см Звичайно р знаходиться 3 в інтервалі 0,9 - 0,95г/см Таблиця Полімерний матеріал НВМПЕ, s = 30% НВМПЕ + 0,5%ТРГ, s = 30% НВМПЕ + 1%ТРГ, є= 10% ДІ/І, % AV/V, % 23 16 28 17 6 НВМПЕ + 1%ТРГ, є = 20% НВМПЕ + 1%ТРГ, є = 30% НВМПЕ + 1%ТРГ, є = 30% НВМПЕ + 2%ТРГ, є = 30% НВМПЕ + 3%ТРГ, є = 30% ПП, є = 30% ПП-0,5%ТРГ,є = 10% ПП-0,5%ТРГ, є = 20% ПП-0,5%ТРГ, є = 30% ПП-0,5%ТРГ, є = 45% ПП-1,0%ТРГ, є = 30% 7 19 10 5 5 11 4 8 12 5 10 7 16 10 4 3 8 4 8 12 5 10 Аналіз даних таблиці показує присутність екстремальних залежностей ДІ/І та Av/V від є та концентрації наповнювача, з яких легко знайти найбільш придатні значення ступеня деформації та вмісту ТРГ Вони свідчать при досягнення технічного результату в вигляді переважного підвищення відносної довжини виробу в діапазоні 7 28% внаслідок зростання об'єму при відновленні форми 2 Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24