способ изготовления изделий из полимерных материалов

Формула изобретения

Способ изготовления изделий из полимерных материалов, включающий предварительное холодное формование заготовки изделия из исходного порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена, последующее прессование заготовки изделия при температуре 190°С и удельном давлении 10-15 МПа, отличающийся тем, что после прессования полученное изделие помещают в нагретом состоянии в литьевую пресс-форму, в которую впрыскивают полиоксиметилен при температуре 230°С, после чего полученное изделие, покрытое слоем полиоксиметилена, охлаждают и освобождают из пресс-формы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения изделий из полимерных материалов и может быть использовано в машиностроении для получения изделий на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена различного функционального назначения.

Известен способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе полимеров, включающий смешивание компонентов, холодное прессование заготовок, последующее спекание в закрытой форме при заданных температуре спекания и времени спекания, обеспечивающее натяг в результате теплового расширения заготовки, и последующее охлаждение в форме (патент РФ № 2266925, МПК C08J 5/00; В29С 43/56, публикация 2005 г.).

Данный способ пригоден, только если перерабатываемые полимерные материалы находятся в порошкообразном виде.

Известен способ получения двухслойного материала, в котором один из слоев выполнен из резины, а второй - из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, заключающийся в том, что осуществляют совместное спекание порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена и резиновой смеси, а затем производят совместное прессование двух слоев (патент РФ № 2052357, МПК В32В 25/08, публикация 1996 г.).

Известен способ получения пластин из двухслойного материала, в котором один из слоев также выполнен из резины, а второй - из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, заключающийся в том, что предварительно производят холодное формование наполненного сверхвысокомолекулярного полиэтилена, при этом порошок композиционного материала засыпают в пресс-форму и выдерживают под давлением 10-50 МПа при 20°С в течение 5 мин, а затем осуществляют спекание полученной холодной заготовки с резиной в пресс-форме под давлением 7,5 МПа при температуре 140-180°С в течение 30 мин. (патент РФ № 2072921, МПК В32В 25/08, публикация 1997 г.).

Получаемый известными способами материал может использоваться только как облицовочный, поскольку между слоями резины и сверхвысокомолекулярного полиэтилена недостаточная твердость поверхности для триботехнического применения.

Известен способ изготовления полимерных деталей трения скольжения из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, включающий и последующую механическую доводку размеров полимерной детали, при этом исходный порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена подвергают термической обработке в сверхкритическом диоксиде углерода при температуре 40-140°С и удельном давлении 15-25 МПа в течение 2-4 ч перед прессованием из него полимерной детали (патент РФ № 2300537, МПК C08J 5/16; C08L 23/06; В29С 43/00; публикация 2007 г.).

Детали, изготовленные полностью из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, обладают невысокой величиной поверхностной твердости и имеют низкую термостойкость (рабочая температура не более 80°С).

Целью предлагаемого изобретения является создание способа изготовления изделий из полимерных материалов, обладающих повышенными прочностными характеристиками и высокой износостойкостью.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Способ изготовления изделий из полимерных материалов включает предварительное холодное формование заготовки изделия из исходного порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена, последующее прессование заготовки изделия при температуре 190°С и удельном давлении 10-15 МПа, после чего полученное изделие помещают в нагретом состоянии в литьевую пресс-форму, в которую впрыскивают ламинирующий слой полиоксиметилена при температуре 230°С, после чего изделие охлаждают и выталкивают из литьевой пресс-формы.

На чертеже (фиг.1-3) представлены стадии получения изделий в соответствии с предложенным способом.

Способ включает предварительное холодное формование из исходного порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена заготовки-таблетки 1 (фиг.1). Затем из прессованной холодной заготовки в пресс-форме 2 (фиг.2) при температуре 190°С и давлении 10-15 МПа (время выдержки зависит от требуемой толщины изделия) получают изделие - («сердечник») 3 (фиг.2-3). Далее полученное изделие («сердечник») помещают в горячем виде в литьевую пресс-форму 4 (фиг.3), куда осуществляют впрыск полиоксиметилена 5 (фиг.3) при температуре 230°С для образования ламинирующего слоя 6 (фиг.3). Затем готовое изделие охлаждается и выталкивается из пресс-формы.

В таблице приведены физико-механические и эксплуатационные характеристики полимерных материалов СВМПЭ и ПОМ, а так же составного изделия типа «пластина», выполненное предлагаемым комбинированным способом, т.е. из СВМПЭ с ламинированным слоем из ПОМ. Здесь использовалось полимерное сырье ф.Тикона; СВМПЭ GUR 4150 (мол. массой 7,3 млн., теплостойкость по Вика - 80°С) и ПОМ «Хостаформ» 2521 G., (теплостойкость по Вика - 140°С).

		Т=25°С	Т=115°С
Характеристики	СВМПЭ	ПОМ	Составное Изделие	СВМПЭ	ПОМ	Составное изделие
Предел текучести; Н/мм2	25	44	-	14	44	-
Модуль упругости; МПа	680	2100	1400	360	2100	1100
Твердость (по Шору D)	50	70	67	38	67	67
Коэффициент трения	0,08	0,13	0,13	-	0,13	0,13
Износостойкость поверхности (по кварцевому песку); мин/мм3	18,4	1,6	1,6	1,1	2,3	2,3

Видно, что у полученного изделия «пластина» даже при температуре 25°С показатели жесткости и твердости поверхности выше, чем у материала основы - СВМПЭ, а при температуре 115°С пластина из чистого СВМПЭ уже теряет работоспособность, в то время как составное изделие сохраняет хорошую жесткость, твердость поверхности и износостойкость при истирании.

Предложенный способ позволяет получать составные композиционные изделия, внутренняя часть которых состоит из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, а внешняя - из полиоксиметилена.

Такие изделия значительно более легкие, чем выполненные полностью из полиоксиметилена, и имеют более высокие показатели твердости, износостойкости, чем изделия, изготовленные полностью из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.