Композиція для виготовлення корпусу конвеєрного ролика

Реферат: Композиція для виготовлення корпусу конвеєрного ролика містить мінеральний наповнювач та полімерне в'яжуче. Полімерне в'яжуче складається із суміші термопластичних полімерів, вибраних із групи, що включає полістирол, поліетилен високого та низького тиску, поліамід та поліпропілен, взятих у довільній пропорції, та антипірену, антиоксиданту, УФ-стабілізатора та феровмісного пігменту. UA 92605 U (54) КОМПОЗИЦІЯ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ КОРПУСУ КОНВЕЄРНОГО РОЛИКА UA 92605 U UA 92605 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до області рецептур і приготування композицій, а саме стосується мінерально-полімерних композицій, та може бути використана у галузі підйомнотранспортного машинобудування для виготовлення корпусів конвеєрних роликів. Відома композиція, що містить 70-90 мас. % наповнювача у вигляді деревної тирси і 10-30 мас. % полімерного в'яжучого у вигляді поліетилену [див. пат. Російської Федерації № 2016022 5 (С1) з класів МПК C08L97/02, B27N3/04, C08L97/02, опубл. 15.07.1994 в Бюл. № 13]. Основними недоліками такої простої за складом композиції є відносно низький рівень фізико-механічних властивостей та відносно низька водостійкість одержуваних із неї матеріалів, що суттєво обмежує можливість її використання для виготовлення корпусів конвеєрних роликів. Найбільш близькою за своєю суттю та ефектом, що досягається, і яка приймається за прототип, є композиція для виготовлення корпусу конвеєрного ролика, яка включає мінеральний наповнювач у кількості 90-99 мас.% та полімерне в'яжуче у кількості 1-10 мас. % [див. патент 13 Китаю № 103253490 (А) з класів МПК B65G39/02, С04В35/20, С04В35/622, опубл. 21.08.2013]. Основним недоліком прототипу є те, що корпус ролика, отриманий з використанням даної композиції, зважаючи на суттєве переважання у ній мінеральної складової (кераміки), не володіє достатньою міцністю при стисненні, щоб витримувати значні навантаження під час експлуатації у складі конструкції конвеєрного ролика. Також суттєвим недоліком відомої композиції є низькі функціональні можливості, зумовлені обмеженням якісного складу, у тому числі відсутністю функціональних добавок, що сприяють покращенню техніко-експлуатаційних характеристик виробів на основі такої композиції, зокрема корпусів конвеєрних роликів. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити відому композицію за рахунок підвищення деформаційно-міцнісних властивостей виробів із неї, а також надання їм нових корисних властивостей шляхом підбору оптимального якісного та кількісного складу мінеральної та полімерної складових, а також уведення додаткових компонентів. Поставлена задача вирішується тим, що композиція для виготовлення корпусу конвеєрного ролика, що містить мінеральний наповнювач та полімерне в'яжуче, згідно з корисною моделлю, полімерне в'яжуче складається із суміші термопластичних полімерів, обраних із групи, що включає полістирол, поліетилен високого та низького тиску, поліамід та поліпропілен, взятих у довільній пропорції, та антипірену, антиоксиданту, УФ-стабілізатора та феровмісного пігменту, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: антипірен 2,0 - 5,0 антиоксидант 3,0 - 5,0 УФ - стабілізатор 1,0 - 4,0 феровмісний пігмент 1,0 - 2,0 суміш термопластичних полімерів решта при такому загальному співвідношенні компонентів, мас. %: полімерне в'яжуче 20 - 50 мінеральний наповнювач 50 - 80. При цьому мінеральний наповнювач може бути однокомпонентним, наприклад вибраним із таких речовин, як пісок, гравій, каолін, мармурова крихта, боксит, вермикуліт та ін., або містити суміш кількох речовин-співнаповнювачів у довільній пропорції, встановленій дослідним шляхом, в тому числі техногенні речовини - відходи гірничодобувної, будівельної та інших галузей промисловості. Суттєвими ознаками корисної моделі є хімічний склад та кількісне співвідношення компонентів даної композиції, де властивості мінералів, термопластів та функціональних добавок себе взаємно доповнюють для досягнення очікуваного технічного результату забезпечення високих техніко-експлуатаційних характеристик корпусу конвеєрного ролика, виготовленого із вказаної композиції матеріалів, при відносно низькій собівартості виготовлення. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, та технічним результатом полягає в наступному. Використання у складі композиції полімерного в'яжучого у вигляді суміші термопластичних полімерів, вибраних із групи, що включає полістирол, поліетилен високого та низького тиску, поліамід та поліпропілен, у довільній пропорції, з функціональними добавками у вигляді антипірену, антиоксиданту, УФ-стабілізатора та феровмісного пігменту, при заданому співвідношенні з мінеральною складовою, дозволяє отримати широкий діапазон міцнісних характеристик корпусу ролика, залежно від заданих умов експлуатації. При цьому завдяки використанню суміші вищевказаних термопластів, запропонована композиція характеризується високою пластичністю у ході технологічного 1 UA 92605 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 процесу її обробки (під час нагрівання та подальшого формування композиційної маси), чим забезпечується можливість її використання для формування конструкцій складного профілю, наприклад для виготовлення цілісних корпусів конвеєрних роликів. Запропоноване технічне рішення не містить обмежень щодо якісного складу мінерального наповнювача у композиції, проте найбільш доцільним з точки зору технологічності обробки та економічної доцільності пропонується використовувати наступні мінеральні речовини: пісок, гравій, каолін, мармурову крихту, боксит, вермикуліт та ін. При цьому мінеральний наповнювач може бути багатокомпонентним - містити кілька співнаповнювачів з числа вищеназваних речовин, а також містити мінеральні відходи різних галузей промисловості, наприклад доменний шлак, вугільну золу тощо. Цим забезпечуються широкі функціональні можливості композиції, у тому числі й можливість утилізації у процесі виробництва техногенних відходів. Запропонована композиція передбачає наявність у складі полімерного в'яжучого функціональних добавок, які надають корпусам роликів ряд додаткових корисних властивостей, що у свою чергу сприяє суттєвому покращенню техніко-експлуатаційні характеристики виробів. Зокрема наявність антипірену у складі полімерного в'яжучого запропонованої композиції забезпечує вогнестійкість корпусу ролика, що особливо актуально, зважаючи на значні швидкості їх обертання та тертя об поверхню конвеєрної стрічки. Антипірен також має властивість перешкоджати доступу кисню, а тому у сукупності із доданим до полімерного в'яжучого антиоксидантом сприяє захисту полімерів від руйнування внаслідок окислення і таким чином збільшує строк експлуатації корпусу ролика. Збільшенню строку експлуатації за рахунок збереження механічних властивостей сприяє також уведення до складу полімерного в'яжучого УФ-стабілізатора, який знижує чутливість полімерної складової до дії УФ-випромінювання та її захищає від світлової деструкції. Це особливо актуально при експлуатації виготовлених із застосуванням даної композиції корпусів роликів в умовах дії атмосферних факторів. Уведення до складу полімерного в'яжучого феровмісного пігменту, окрім свого прямого призначення (забарвлювати композиційну масу), дозволяє одночасно вирішувати ще одну важливу задачу знімати статичну електрику, яка потенційно може накопичуватися в корпусі ролика внаслідок тертя його поверхні об конвеєрну стрічку, і таким чином попереджувати аварійні ситуації, пов'язані із відмовою приводу роликів та пошкодженням стрічки конвеєра. В цілому заданий склад композиції забезпечує високу технологічність її переробки та одержання корпусу ролика із заданим рівнем техніко-експлуатаційних характеристик, що і дає змогу одержати передбачений технічний результат. Запропоновану композицію для виготовлення корпусу ролика створюють шляхом змішування складових полімерного в'яжучого та мінерального наповнювача у певному співвідношенні в межах заявленого інтервалу значень, залежно від бажаних фізико-хімічних характеристик корпусу ролика. Для цього, відповідно, необхідну кількість полімерної суміші, яка складається принаймні з двох термопластичних полімерів, обраних з таких марок, як поліпропілен, полістирол, поліетилен низького і високого тиску та поліамід, і взятих у певній комбінації та пропорції, поєднують із відповідною кількістю антипірену, антиоксиданту, УФстабілізатора та феровмісного пігменту і додають мінеральний наповнювач, наприклад, пісок, гравій, каолін, мармурову крихту, боксит, вермикуліт та ін. При цьому мінеральний наповнювач може містити одну із вищевказаних мінеральних речовин, або містити суміш принаймні двох таких речовин в довільній пропорції, або містити мінеральні відходи різних галузей промисловості. Потім компоненти ретельно змішують між собою у процесі нагрівання до температури пластично деформації полімерного в'яжучого (близько 180-260 °С). Таким чином композиція набуває вигляду пластичної маси, придатної для подальшого виробництва корпусу ролика. Більш детально суть корисної моделі розкривається у конкретних прикладах реалізації запропонованої композиції. Приклад 1 До складу композиції включали полімерне в'яжуче у вигляді суміші полістиролу та поліетилену, взятих у пропорції 1:3, з антипіреном у кількості 2 % від маси полімерного в'яжучого, антиоксидантом - 3 %, УФ-стабілізатором - 3 % та феровмісним пігментом - 1 % та мінеральний наповнювач у вигляді мармурової крихти, подрібненої до фракції 0-2,5 мм. Підготовлені компоненти змішували у наступному співвідношенні: полімерне в'яжуче (суміш полістирол-поліетилен з вищевказаними добавками) - 35 %, мінеральний наповнювач (мармурова крихта) - 65 %. Композиційну суміш при цьому нагрівали до температури 240 °С. Корпус ролика, виготовлений із даної композиції, мав високі експлуатаційні характеристики (міцнісні, навантажувальні) при відносно низькій собівартості виготовлення. Приклад 2 2 UA 92605 U 5 10 15 20 Композицію готували шляхом змішування поліаміду з поліетиленом у пропорції 1:2 з додаванням функціональних добавок (антипірену, антиоксиданту, УФ-стабілізатора та феровмісного пігменту - кожного по 2-3 % від маси полімерного в'яжучого) та мінерального наповнювача у вигляді суміші піску та доменного шлаку, взятих в пропорції 1:1. Полімерне в'яжуче змішували з мінеральним наповнювачем у пропорції 50/50, нагріваючи до температури 250 °С. Корпус ролика, виготовлений із отриманої композиційної суміші, завдяки відмінним міцнісним характеристикам задовольняв вимоги інтенсивної експлуатації у важких умовах (шахти, будівництво, хімічна промисловість та ін.), проте з іншого боку, мав відносно високу собівартість виготовлення, головним чином через високий вміст полімерного в'яжучого. Приклад 3 Композицію готували із суміші поліпропілену та поліетилену у пропорції 1:1 з додаванням антипірену - 2 %, антиоксиданту - 3 %, УФ-стабілізатора - 1 % та феровмісного пігменту - 1 % від маси полімерного в'яжучого, а в якості наповнювача використовували вугільну золу. Підготовлені компоненти змішували у наступному співвідношенні: суміш поліамід-поліетилен з добавками - 20 %, вугільна зола - 80 % від загальної маси суміші, нагрівали до температури 200 °С. В результаті отримали корпус ролика з найменшою, порівняно із попередніми прикладами, собівартістю виготовлення, придатний для застосування в нескладних умовах виробництва (переробна галузь, легка промисловість тощо). При цьому використання у якості наповнювача вугільної золи посприяло певним чином вирішенню проблем утилізації даного виду техногенних відходів. З метою визначення оптимального композиційного складу матеріалу корпусу ролика були проведені випробування його несучої здатності. Отримані дані представлені в таблиці. Таблиця Якісний склад композиції 10:90 І II III IV V 1005 1068 879 816 942 Пропорції (полімерне в'яжуче: мінеральний наповнювач) 20:80 30:70 40:60 50:50 Зусилля руйнування, кг 2826 6280 7787 8478 2889 6594 7724 8415 3014 6468 7850 8541 2763 6531 7913 8604 2952 6406 7724 8415 Примітка: І - поліамід-поліетилен/пісок; II - поліпропілен-поліетилен/вугільна зола; IIІ полістирол-поліамід/мармурова крихта; IV - поліпропілен-поліетилен/вермикуліт; V полістирол-поліетилен/пісок-доменний шлак. 25 30 35 40 Як видно із таблиці, зі збільшення частки мінерального наповнювача відносно полімерного в'яжучого помітно погіршуються фізико-механічні, зокрема навантажувальні, характеристики виробу. Проте пропорція 20:80 задовольняє експлуатаційні характеристики корпусу ролика. З іншого боку переважання у пропорції полімерного в'яжучого сприяє значному підвищенню собівартості виготовлення корпусу ролика, що економічно не вигідно. Саме тому оптимальним співвідношенням між полімерною та мінеральною складовими композиції є наступне: від 20 до 50 мас. % полімерного в'яжучого, відповідно, на 50-80 мас. % мінерального наповнювача. Заявлене технічне рішення перевірене на практиці. Запропонована композиція для виготовлення корпусу конвеєрного ролика не містить у своєму складі жодних речовин або матеріалів, які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, зокрема, у галузі рецептур і приготування композицій для виготовлення вказаного виду виробів, а отже є придатною для промислового застосування, при цьому має технічні та інші переваги перед відомими аналогами, що підтверджує можливість досягнення технічного результату об'єктом, що заявляється. У відомих джерелах патентної та іншої науково-технічної інформації не виявлено рецептур композицій із вказаною в пропозиції сукупністю суттєвих ознак, тому запропоноване технічне рішення вважається таким, що може отримати правовий захист. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 1. Композиція для виготовлення корпусу конвеєрного ролика, що включає мінеральний наповнювач та полімерне в'яжуче, яка відрізняється тим, що полімерне в'яжуче складається із суміші термопластичних полімерів, вибраних із групи, що включає полістирол, поліетилен 3 UA 92605 U 5 10 високого та низького тиску, поліамід та поліпропілен, взятих у довільній пропорції, та антипірену, антиоксиданту, УФ-стабілізатора та феровмісного пігменту, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: антипірен 2,0 - 5,0 антиоксидант 3,0 - 5,0 УФ-стабілізатор 1,0 - 4,0 феровмісний пігмент 1,0 - 2,0 суміш термопластичних решта, полімерів при такому загальному співвідношенні компонентів, мас. %: полімерне в'яжуче 20 - 50 мінеральний наповнювач 50 - 80. 2. Композиція за п. 1, яка відрізняється тим, що як мінеральний наповнювач містить пісок, гравій, каолін, азбест, мармурову крихту, боксит, вермикуліт та ін. 3. Композиція за пп. 1-2, яка відрізняється тим, що як мінеральний наповнювач містить відходи гірничодобувної, будівельної та інших галузей промисловості. 4. Композиція за пп. 2-3, яка відрізняється тим, що як мінеральний наповнювач містить багатокомпонентну суміш речовин-співнаповнювачів, згаданих у пп. 2-3, взятих у довільній пропорції. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4