Способ изготовления изделий из термопластов литьем под давлением

 

1,СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЕРМОПЛАСТОВ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, включающий нагнетание и продавливание через оформляющие полости расплава термопласта при одновременном охлаждении расплава, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости и относительного удлинения при разрыве получаемых изделий, в качестве термопласта используют смесь двух полиолефинов в весовом соотношении

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (SD 4 В 29 С 45/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3368749/23-.05 (22) 28.12.81 (46) 07.02.86. Бюл. ¹ 5 (72) В.В.Абрамов, В.С.Тхай,:

В.Н.Кулезнев, А.В.Веселов и.Н.И.Рысин (53) 678.027.73(088.8) (56) Патент ФРГ № 1165678, кл. а" 1/00, опублик ° 1971 °

Авторское свидетельство СССР по заявке № 2759560/23-05, 1979. (54) (57) f.ÑÏÎÑÎÁ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЕРИОПЛАСТОВ ПИТЬЕМ ПОД

ДАВЛЕНИЕМ, включающий нагнетание и продавливание через оформляющие полости расплава термопласта при одновременном охлаждении расплава, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости и относительного уцлинения при разрыве получаемых изделий, в качестве термопласта используют смесь двух полиолефинов в весовом соотношении (65-95):(5-35), нагнетание и продав ливание расплава осуществляют при давлении литья 30-90 ИПа и темперао туре, на 25-55 С превышающей температуру плавления полимерной матрицы, причем с изменением соотношения компонентов смеси температуру расплава и давление литья изменяют в указанных интервалах пропорционально по линейному закону.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что используют смеси полипропилена с полиэтиленом высокой или низкой плотности или полиэтиленов высокой и низкой плотности с содержанием второго компонента в смеси

5-35 мас.Х, причем при увеличении указанного содержания температуру расплава и давление литья сдвигают в сторону более низких значений, 3. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что используют смеси полиэтиленов высокой или низкой плотности с полипропиленом или полиэтиленов низкой и высокой плотности с содержанием второго компонента в смеси 5-35 мас.Х, причем при увеличении указанного содержания температуру расплава и давление литья сдвигают в сторону более высоких значений.

1043953

Механические смеси полиолеАинов, переработанные известным способом, имеют относительно высокие деформационную характеристику и ударную вязкость (в среднем на 20-30% выше исходных полимеров). Однако, прочностные характеристики смесей при растяжении остаются низкими, сравнимыми с соответствующими показателями исходных полимеров (20-30 МПа).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления изделий из термопластов литьем под давлением, по которому расплав полимера нагнетают и продавливают.через оформляющие полости при давлении литья 90-300 МПа и температуре не

О вьппе 20-25 С температуры начала плавления термопласта при одновременном охлаждении расплава.

Известным способом получают высокопрочные литьевые изделия из термопластов с разрушающим напряжением при растяжении 150-250 МПа. 55

Недостатками известного способа являются низкие значения ударной вязкости (а — ударная вязкость с

Изобретение относится к области переработки термопластов, а именно полиолефинов и смесей на их основе при производстве, например высокопрочных литьевых изделий, обладающих также повышенными ударной вязностью и деформационной характерис-! тикой, и может быть использовано в целом ряде отраслей техники, где к деталям предъявляются жесткие требования по механическим характеристикам, в частности при пониженных температурах эксплуатации.

Известен способ изготовления изделий из термопластов полиолефинов и смесей на их основе литьем под давлением, включающий нагнетание расплава в оформляющую полость до ее заполнения, выдержки под давлением и охлаждение.

Основным недостатком известного способа является низкие прочностные характеристики литьевых изделий (например для полипропилена прочность при растяжении оставляет 25-30 МПа), так как замкнутость оформляющей полости формы не позволяет обеспечить высокую степень ориентации полимера с которой однозначно связана прочность материала в изделии.

30 надрезом H ol„ — без надреза) и деАормационной характеристики (Š— относительное удлинение при

P разрыве) литьевых изделий при нормальных условиях и особенно при пониженных температурах испытания лло (-40 С). Это связано с высокой степенью ориентации полимера при:. родавливании его через полости, обеспечиваемой низкой температурой плавления и большими давлениями литья (90-300 NJIa). При этих условиях свернутая конАормация макромолекул, обуславливающая большую ударную вязкость ct, или а„ и деформационную характеристику полимера (например для полипропилена (IIII) а„ и Ер составляют соответственно 30-70 клж/м и 150-300%), переходит в вытянутую в направлении течения текстуру с деформационной характеристикой материала 4-9%, что в 15-25 раз меньше исходной.

Литьевые изделия из смеси полиолеАинов, полученные по режимам известного способа также имеют низкие значениЯ а „ или а и и FP . Таким образом, повышение разрушающего напряжения при растяжении образцов из смесей полиолефинов, переработанных известным способом также как и для исходного полимера (ПП и ПЭВПполиэтилена высокой плотности), сопровождается существенными потерями деформационной характеристики и снижением ударной вязкости материала.

Целью изобретения является повышение ударной вязкости и относительного удлинения при разрыве получаемых изделий, Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления изделий из термопластов литьем под давлением, включающем нагнетание и продавливание через оформляющие полости расплава термопласта при одновременном охлаждении расплава, в качестве термопласта используют смесь двух полиолефинов в весовом соотношении (65-95):(5-35), а нагнетание и продавливание расплава осуществляют при давлении литья 30о

90 МПа и температура, на 25-55 С превышающей температуру плавления полимерной матрицы, причем с изменением соотношения компонентов смеси температуру расплава и давление

1043953 4 литья измеряют в указанных интервалах пропорционально ло линейному закону.

Один из вариантов способа заключается в том, что используют смеси полипропилена с полиэтиленом высокой или низкой плотности или поли-. этиленов высокой и низкой плотности с содержанием второго компонента в смеси 5-35 мас.Х, причем при увеличении указанного содержания температуру расплава и давление литья сдвигают в сторону более низких значений.

Другой вариант способа заключается в том, что используют смеси полиэтилена высокой или низкой плотности с полипропиленом или полиэтиленов низкой и высокой плотности с содержанием второго компонента в смеси 5-35 мас.Х, причем лри увеличении указанного содержания температуру расплава и давление литья сдвигается в сторону более высоких значений.

Поскольку расплавы смесей ПП с

ПЭВП и полиэтиленом низкой плотности (ПЭНП), а также ПЭВП с ПЭНП имеют более низкие (в 2-.3 раза меньше) вязкостные характеристики, чем исходные ПП и ПЭВП при одной и той же температуре, то стадию лродавливания можно проводить лри пониженных давлениях литья (30-90) ИПА, поэтому формуемые изделия имеют меньшую степень ориентации (более высокие а „, О „ и Г ). Применение повышенной по сравнению с известным способом температуры р;;сплава дополнительно снижает вязкость и уменьшает степень ориентации, а изделия получают с более высокими ло сравнению с известными способами а, а и Ер при сохранении высокой разрывной прочности материала (45-65) ИПа.

Существо предлагаемого способа поясняется примерами реализации способа и таблицами 1-4 сравнительных характеристик ударной вязкости al, d< и деформационной характеристики F °

II р и м е р 1. Материал: смеси

ПП с ПЭВП и ПЭНП с содержанием дисперсной фазы 5-35Х, где ПП вЂ” полимерная матрица: ПЭВП и ПЭНЛ и дисперсная фаза. Модельное изделие— стандартные образцы в виде лопатки— тип У по ГОСТ 11262-65 и бруска с размером 50 6 4 по ГОСТ 4647-69.

Предварительно подготовленные смеси

ПП-ПЭВП при температуре расплава

190, 200, 210 и 220 С, температуре плавления полипропилена 166 С и давлении литья 30-90. KIa нагнетают в оформляющую полость до ее заполнения, контролируемого датчиком давления и температуры, установленными в конце полости, и затем продав

10.ливают через указанные полость и ее

45 одновременно охлаждают до достижения твердого агрегатного состояния материала по объему изделия. Изделие охлаждают до такой температуры материала, определяемой эксперимен.,тально, при которой его можно удалять из формы без нарушения конфигурации.

Для смеси ПЭВП с ПЭНП и ПП с ПЭВП снижение температуры расплава (Тп,) и давления литья (P ) производят соответственно по следующим линейным законам: а. S, =185-Т, 5 > =225-Т, б, 5p„=50-0,5 Р„, где 5тр ибр„содержание дисперсной фазы ПЭНП в

ПЭВП и ПЭВП в ПП.

Результаты механических испытаний на примере образцов из смесей

ПП с ПЭВП, полученных по предлагаемому способу, приведены в табл.1.

Пример 2. Материал: смеси ПЭВП с ПЭНП с содержанием дисперсной фазы 5-35Х где ПЭВП вЂ” полимерная матрица, ПЭНП вЂ” дислерсная фаза. Температура расплава Тн-150, 160, 170 и 180 С (температура плавления ЛЭВП вЂ” 125 С). Давление литья

Р„ 30, 50, 70 и 90 ИПа.

Смеси перерабатывались в модельные изделия по технологической схеме, приведенной в примере 1, и режимам согласно предлагаемого способа.

Механические характеристики представ лены в табл.2.

Испытания образцов из смесей полиэтиленов высокой плотности с полипропиленом, а также полиэтилена низкой плотности с полиэтиленом высокой плотности (где ПП и ПЭВП вЂ” дис персная фаза) с содержанием ПП и

ПЭВП от 5 до 35Х переработанных по режимам предполагаемого изобретения

I показали также повышение ударной прочности и деформационной характеристики модельных изделий при сохранении или повьппении разрушающего напряжения лри растяжении.

1043953

Быпо установлено, что с увеличением содержания дисперсной фазы

ПЭВП и ПП в полимерной матрице соответственно ПЭНП и ПЭВП вяэкостные характеристики расплава смесей в целом (эффективная вязкость) ловышаются в среднем на 20-ЗОБ по сравнению с исходными ПЭВП и ПЭНП. Как известно, с увеличением вязкости ма- tp териала при его формовании имеет место существенное повышение степени ориентации, приводящей к снижению ударной вязкости и деформационной характеристики полимеров в иэделий. 15

Поэтому, для уменьшения эффективной вязкости расплава смесей ПЭНП с ПЭВП с ПП и, следовательно, степени ориентации при их течении в форме, осуществляют пропорциональное 2О смещение температуры расплава и давления литья в сторону более высоких значений. . Пример 3. Материал: смеси ПЭНП с ПЭВП с содержанием дис- 25 персной фазы ПЭВП 3/35/. Температура расплава, ТН=130, 140, 150 и

160 С (температура плавления ПЭНП

105 C). Давление литья, Р4 — 30, 50, 70 и 90 МПа. Технологическая схема литья такая же, как в примере 1 и режимы по предлагаемому способу.

Механические характеристики образцов представлены в табл. 3. 35

Закон изменения Т н и Р> в зависимости от содержания дисперсной фазы

ПЭВП (5», P„).

Тн 1 55+0 6 » P (ярд +

Пример 4, материал: смеси 40

ПЭВП с ПП с содержанием дисперсной фазы ПП 5-35%. Температура расплава. Тя=162, 168, 1.74 и 180 С. Давление литья P„ =30, 60, 70 и 90 МПа.

Технологическая схема литья такая 45 же, как в примере 1 и режимы по предлагаемому способу. Механические характеристики образцов — табл.4, Закон изменения Т и Р в зависимос ти от содержания дисперсноК фазы 5р

ПП (- ..., ) .

Т„=125+ 5,, Р„=2(5 +1О), где

5, и 5р содержани дисперсной фазы ЛЭВП в,ПЭНП и ПП в ПЭВП.

Из таблиц 1-4 видно, что предлагаемый способ позволяет формовать из смесей полиолефинов с более высокими по сравнению с известным способом ударной вязкостью и деформационной характеристикой при одновременном сохранении и даже некотором увеличении разрушающего напряжения при растяжении.

Кроме того, более высокая текучесть смесей полиолефинов по сравнению с исходными полимерами ПП и

ПЭВП не требует при их переработке высоких давлений литья, что дает дополнительные преимущества предлагаемого способа по снижению энергоемкости процессов литья.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает: повышение ударной вязкости (прочности) образцов из смеси полиолефинов в среднем на 80-150Х, увеличение относительного удлинения образцов при разрыве в среднем на 50-1002, снижение энергоемкости процесса литья на ЗОХ за счет использования более низких давлений нагнетания и продавливания.

Использование изобретения позволит производить высокопрочные конструкционные литьевые иэделия из смесей полиолефинов с повышенными ударной вязкостью и деформационной характеристикой при одновременном снижении энергоемкости процесса литья за счет уменьшения затрат мощности на создание давления литья.

Кроме того, применение предлагаемого способа позволяет уменьшить толщину изделия за счет увеличения прочности и деформационного показателя полимера, что обеспечивает экономию дефицитного полимерного материала.

1043953

Таблица 1

Механические характеристики изделий из смесей

ПП с ПЭВП

Предлагаемый способ

Параметры литья

Известный способ

Механические

90

30

Давление литья,МПа

200

90 показатели образцов

190

220

210

200

165

190

Температура расо плава, С

5 20 10 30 35

Содержание дисперсной фазы, %

25

31 27 22 17

42 44

45 36

Разрушающее напряжение при растяжении, МПа

42 42 45 36 48 5 58 61 58 4

30 25 20 17,5

Механические характеристики изделий Т а б л и ц а 2 из смесей ПЭВП с ПЭНП

Параметры литья

Известный способ

Механические

Давление литья,MIIa

150

90 показатели образцов

150 160 170

125

Температура расо плава, С

150

5 20 10 30

Содержание дисперсной фазы, Х

Ударная вязкость с надрезом при

+20 С а„, кДж/м2 18,3 19,8 19,0 22 48 32

28 26

Разрушающее напряжение при растяжении, МПа 38 36 40 31 32 46

52,7 51

Относительное удлинение при разрыве,Е, % 9,6 9,4 9,4 9,4 16 15

19 13

Ударная вязкость с надрезом, при

+20 С, а„,кДж/м2 10 15 12 17

Ударная вязкость без надреза при

-40 С, о,„, кДж/м 16 21 22,5 20

Относительное удлинение при разрыве, р, Ж 9 13 11 14

Предлагаемый способ

30 50 70 90

35 25 15 5

1043953

Та блица 3

Предлагаемый способ

Параметры литья

Известный способ

Механические показатели образцов

30 50 70

150

Давление литья,МПа

160

130 140 150

130

Температура расо плава, С

110

15 25

Содержание дисперсной фазы, %

Ударная вязкость с надрезом при

+20 С, a „, кДж/и

10, 1 19 26 28 33

Разрушающее напряжение при растяжении, МПа, 40 34 38 40 46

Относительное удлинение при разрыве, Е,,%

16 26 29 33 45

35 38 42

20 29

43 48 51

37 39

39 42

46 49 53

16

29 38 42

12 23

ВНИИПИ Заказ 654/1 Тираж 640 Подписное филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Ударная вязкость с надрезом при-+20 С, a„, кДж/м

Ударная вязкость без надреза при

-40 С,a » кДж/м

Разрушающее напряжение при растяжении, МПа

Относительное удлинение при разрыве,, 7

Механические характеристики изделий из смесей ПЭНП с ПЭВП

Таблица 4

Механические характеристики изделий

ПЭВП ПП