Процес виготовлення циліндричних пруткових виробів з пам`яттю форми із полімерних композиційних матеріалів

Винахід відноситься до області переробки полімерних матеріалів, зокрема, для отримання пруткових виробів, які відновлюють свою початкову форму при нагріванні з одночасним збільшенням об'єму, головним чином із наповнених композитів на основі термореактивних полімерів. Він може бути використаний у різних галузях те хніки, наприклад, для застосування у температурних датчиках, елементах силового впливу, елементах заклинювання, замкових пристроях та ін. За останні 15-20 років розроблено та використовується багато різних способів одержання полімерних виробів, що відновлюють свою форму при нагріванні. 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 [В.А. Белошенко, В.Н. Варюхин, Ю.В. Возняк. - Успехи химии, 2005, 74, №3, 285-306]. 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, 1994, 67, вып.11, 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, В29С 47/00, 43/02, Бюл. №19, 1997; В.А. Белошенко, Г.Б. Шустов, В.Г. Слободина и др. - Патент РФ №2105670,В29С 47/00, 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 нагріванні зростає діаметр зразка і відповідно зменшується його довжина. Відомі способи виготовлення пруткових виробів, що відновлюють форму із незворотним збільшенням об'єму [V. Skakalova, V. Lukes, M. Bre za. - Macromol. Chem. Phys., 1997, 198, 3161-3172; В.О. Бшошенко, В.М. Варюхін, В.Г. Слободина. - Патент України №32969, В29С47/00, 61/06, Бюл. №1, 2001; В.О. Білошенко, О.П. Борзенко, В.М. Варюхін, В.Г. Слободіна. - Патент України №54665А, В29С33/00, 43/00, Бюл. №3, 2003; В.О. Білошенко, О.П. Борзенко, В.М. Варюхін, В.В. Шапранов. - Патент України №43593, В29С 61/00, 61/08, 43/00, Бюл.№10, 2004]. В усі х випадках ефект збільшення об'єму пов'язаний з мікропустотами, які спеціально створені в матеріалі чи з'являються в ньому внаслідок міжфазного розшарування. Відновлення форми (збільшення об'єму) у таких виробів здійснюється при нагріванні або шляхом зростання діаметра, або за рахунок зростання довжини. Найбільш близьким аналогом-прототипом є технічне рішення, відображене в описі до [патенту України №43593, В29С 61/00, 61/08, 43/00]. Загальними ознаками винаходу, який заявляється, і прототипу є використання полімерного композиційного матеріалу з наповнювачем із терморозширеного графіту (ТРГ), а також послідовність одержання заготовки з пам'яттю форми, а саме: формування циліндричної заготовки шляхом виготовлення необхідної суміші та ствердіння її в відповідній формі; деформування заготовки в високоеластичному стані з наступним охолодженням в ізометричних умовах (у напруженому стані) до температури нижче температури склування Тc. В основу винаходу поставлена задача удосконалення відомого способу отримання пруткових виробів із полімерних композиційних матеріалів, що відновлюють форму, у яких за рахунок особливого складу композиційного матеріалу, а також схеми та режимів деформування при нагріванні досягається незворотне збільшення об'єму внаслідок одночасного збільшення діаметра і довжини заготовки. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення виробів з пам'яттю форми, який включає одержання заготовки заливанням полімерної композиції з наповнювачем із ТРГ у відповідну форму, формування сітчастої структури матеріалу заготовки шляхом її ствердіння, деформування стверділої заготовки у високоеластичному стані з наступним її о холодженням в ізометричних умовах до температури нижче від Тс, згідно з винаходом, використовують комбіновану деформацію, що включає екструзію в філь'єру з продовжуваним каналом з наступним одноосьовим стисненням в прес-формі того ж діаметра, що і діаметр каналу філь'єри. Інші відмінності способу належать до вибору конкретного матеріалу і умов деформування. Як полімерний композит використовують епоксидну композицію на основі епоксидної діанової смоли та диціанетилірованого діетилентриаміна, що взяті в стехіометричному співвідношенні, з вмістом ТРГ 1020мас.%. Ступінь деформації екструдата стисненням вибирають такою, щоб його кінцева довжина залишалась більшою, ніж довжина вихідної заготовки. Запропонований спосіб обґрунтовується відомими даними та результатами проведених авторами досліджень. Вибір полімерного композиційного матеріалу обумовлений тим, що епоксидна композиція, взята за його основу, має достатньо велику в'язкість та високі пластичні характеристики в стверділому стані. Завдяки цьому при її наповненні вдається уникнути процесу седиментації, а в подальшому здійснювати деформування композита без небезпеки руйнування. ТРГ добре ущільнюється, що дозволяє легко регулювати пористість композита. Як було передбачено запропонованою авторами фізичною моделлю [В.А. Белошенко, Я.Е. Бейгельзимер, А.П. Борзенко и др. - Высокомол. соед., 2003, 45А, №4, 597605], вибір відповідної схеми напружено-деформованого стану, при якій різні мікрооб'єми матеріалу стиснено в різних напрямах, дасть змогу одержати вироби, що відновлюють форму з одночасним збільшенням всіх своїх розмірів. Як полімерну матрицю використовували епоксидну композицію, що включала епоксидну діанову смолу ЕД-20 (ДСТУ 2093-92) і затверджувач - диціанетилірований діетилентриамін УП-0633 (ТУ 6-05-18-63-78), взяті в сте хіометричному співвідношенні. ТРГ одержували шля хом послідовної обробки ливарного графіту водним розчином хромового ангідриду, відмивання водою, сушіння до постійної ваги та видалення води із міжплощинного простору [О.П. Ярошенко, В.В. Шапранов, М.В. Савоськін, А.Ф. Попов. - Патент України №18065А, Бюл. №5, 1997]. Зразки для досліджень виготовляли змішуванням компонентів епоксидної композиції з ТРГ в необхіднім співвідношенні, заливанням в циліндричну форму з наступним ствердінням суміші за режимом: 20°С, 8год. + 80°С, 6год. Деформування заготовок, які в вихідному стані мали діаметр 10 і довжину 20мм, на кожному етапі здійснювали в високоеластичному стані (при температурі Т=90°С), після чого їх о холоджували в ізометричних умовах у напруженому стані до Т