Способ изготовления изделий из термопластичных композиций с элементами армирования и/или термоэлементами

Способ относится к области обработки пластиков прессованием, в частности, высоконаполненных термопластичных композиций. Включает пропитку наполнителя в пресс-форме расплавом термопластичного полимера. При этом пропитку осуществляют путем течения расплава через весь слой наполнителя с последующим вытеканием избыточного расплава. Наполнитель используется с армированием и/или термоэлементами, а избыточный расплав удаляют через отверстия в нижней части пресс-формы. Данное техническое решение позволяет улучшить качество изделий за счет однородности и степени наполнения изделий и обеспечить экономию энергоресурсов. 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к производству изделий из пластиков, в частности, высоконаполненных термопластичных композиций методом прессования, и может найти применение в производстве изделий, для которых требуется максимальная прочность, водо- и радиационная стойкость, при минимальном весе, например, в строительстве, легкой промышленности.

Изделия из армированных и неармированных термопластичных композиций могут быть получены различными способами, среди которых наиболее популярны литье, в частности, литье в формы под давлением, а также прессованием.

Наиболее близкий способ изготовления изделий из термопластичных композиций прессованием предусматривает размещение в пресс-форме слоя наполнителя и последующую пропитку наполнителя расплавом термопластичного полимера под давлением (см. Химическая энциклопедия, т.3, с.1120, Москва, 1992). К недостаткам данного способа можно отнести то, что расплав термопластичного полимера заполняет пресс-форму очень неравномерно и для получения качественных изделий требуется приложение больших давлений при прессовании, в противном случае изделия получаются неоднородными по структуре. В свою очередь, приложение больших давлений удорожает процесс, увеличивает себестоимость изделий.

Задачей изобретения является улучшение качества изделий за счет однородности и степени их наполнения, упрочнения изделий и значительная экономия энергоресурсов за счет качеств расплава, а технический результат состоит в удешевлении способа за счет значительного снижения приложенного давления.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления изделий из термопластичных композиций с армированием и/или термоэлементами, включающем загрузку в пресс-форму смеси наполнителя с термопластом и установкой элементов армирования и/или термоэлементами и последующую пропитку наполнителя с элементами армирования и/или термоэлементами расплавом термопластичного полимера, пропитку осуществляют путем течения расплава через весь слой наполнителя с установленными элементами с последующим вытеканием избыточного расплава.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается тем, что избыточный расплав удаляют через отверстия в нижней части пресс-формы.

Удаленный застывший избыточный расплав измельчают с последующим его использованием в изготовлении изделий.

В качестве термопластичного полимера может быть использован, по меньшей мере, один полимер, выбранный из группы, включающей полиэтилентерефталат, полиамиды, полиолефины, полипропилен и полистирол, в том числе их вторичное сырье.

В качестве наполнителя могут быть использованы сыпучие, порошкообразные, волокнистые, нетканые и тканые материалы и их комбинации, например, опилки, бумажная масса, стекловолокно, песок, щебень, битое стекло и др.

В качестве термоэлементов могут быть использованы водо- газо-токопроводящие элементы. Если изделием является подогреваемая тротуарная плитка, то можно использовать в качестве наполнителя крошку мрамора или гранита, в качестве термоэлемента плоский толстопленочный нагревательный элемент, нанесенный на металлическую подложку, являющуюся одновременно армирующим элементом, а в качестве термопластичного полимера - вторичный полиэтилентерефталат, которые перемешивают с наполнителем и засыпают в разогретую пресс-форму с установкой термоэлемента внутри засыпки, прессование осуществляют разогретым до 245-280°С пуансоном под давлением до 5 МПа в течение 5-10 мин, удаляют избыток расплава, после чего сбрасывают давление, охлаждают и достают готовое изделие.

Техническая сущность изобретения состоит в следующем.

В процессе прессования изделий было обнаружено, что протекший через слой наполнителя с элементами армирования и/или термоэлементами расплав термопластичного полимера позволил не только более равномерно заполнить пресс-форму и пустоты, но в десятки раз снизить усилия прессования, тем самым позволяя устанавливать термоэлементы, которые были бы раздавлены при обычном способе прессования.

Вытекший из пресс-формы расплав-фильтрат быстро застывает. Полученный расплав-фильтрат является очищенным продуктом, поскольку расплав отфильтровывается при прохождении через наполнитель. Его можно использовать для изготовления различных изделий.

Пример 1. Изделие - тротуарная подогреваемая плитка-крошка мрамора или гранита размером от 0,2 до 5 мм сушат до содержания влаги менее 1%.

Вторичный полиэтилентереталат (ПЭТФ) в виде «скраба» (измельченных ПЭТ-бутылок) с частицами толщиной от 0,2 до 1 мм и размером от 5 до 10 мм с насыпной плотностью 0,52 г/см³, удельной вязкостью 0,73 (0,5% р-ра ПЭТФ в О-хлорбензоле), температурой плавления 245°С, влажностью 0,4% сушат до содержания влаги менее 0,2%.

Крошку и ПЭТФ после сушки смешивают в соотношении по объему 1:1 и засыпают в матрицу (Т=250-255°С) слоем толщиной 50 мм с установкой внутри термоэлемента. Затем производится запрессовка разогретым пуансоном до Т=260°С до давления 5 МПа и материал выдерживается в форме 5 мин.

Избыток расплава ПЭТФ под давлением отжимается и удаляется из пресс-формы в ее нижней части диаметром 1 мм в виде прутков, которые, попадая на охлажденную поверхность, соскальзывают в накопительную емкость.

После измельчения прутков получают гранулят ПЭТФ с размером частиц 0,5-1 мм и удельной вязкостью 0,73.

Указанный гранулят может быть использован в описанном процессе вновь в количестве до 100%.

После сброса давления и раскрытия пресс-формы отпрессованное изделие охлаждается до 210-220°С, переносится на опоку, где окончательно охлаждается.

В готовом изделии толщиной 25 мм отсутствуют воздушные поры, плотность изделия равномерна по толщине, оно обладает хорошими прочностными, диэлектрическими, теплопроводными характеристиками и атмосферостойкостью.

Пример 2.

Измельченный и очищенный волластонит, представляющий собой коротковолокнистый материал с диаметром волокон около 10 мкм и длиной 100-400 мкм с насыпной плотностью 150 кг/м³ смешивается с порошком трехокиси сурьмы в соотношении 15:1 по массе и крошкой гранита в соотношении 1:1 по объему и смешивают с высушенным вторичным ПЭТФ, полученным, например, в соответствии с примером 1, в соотношении 1:1 по объему.

Далее производится засыпка в разогретую до 255-260°С матрицу с установкой термоэлемента слоем 4 см и производится прессование и формование изделия аналогично примеру 1.

Полученный материал обладает пониженной горючестью, повышенной прочностью.

Пример 3.

Стеклохолст с массой 1 м³, равной 100 г, толщиной 1 мм с диаметром элементарных стекловолокон около 50 мкм помещают в разогретую до 235-240°С матрицу пресс-формы в 2 слоя.

На стеклохолст кладется металлическая сетка с размером окна от 1 до 2 см.

Второй полиамид (капрон) в виде резаных нитей диаметром 0,5 мм и длиной до 100 мм с насыпной плотностью 120 кг/м³, влажностью 2,5% и относительной вязкостью 0,1%-ного раствора полимера в серной кислоте 2,5 сушат до содержания влаги менее 0,5% и укладывают в матрицу пресс-формы на слой наполнителя толщиной 2 см. Далее производится прессование изделия аналогично примеру 1. Температура пуансона - 240°С.

Полученный материал обладает повышенной механической и ударной прочностью.

Пример 4.

Высушенный вторичный полиамид в виде резаных нитей (как в примере 3) помещают в разогретую до 180-190°С матрицу пресс-формы слоем 1 см.

Крошки смеси вторичных полиолефинов (полиэтиленов высокого и низкого давления и полипропилена) с размером частиц 2-5 мм и насыпной плотностью 550 кг/м³ с показателем текучести расплава 2,5 г/10 мин (190°, 2,16 кг) помещают в матрицу пресс-формы слоем 3 см. Внутрь наполнителя помещается термоэлемент и металлический армирующий элемент. Далее производится прессование изделия аналогично примеру 1.

Температура пуансона 200°С. Полученный материал обладает пониженной плотностью (менее 1000 кг/м³).

1. Способ изготовления изделий из термопластичных композиций прессованием, включающий пропитку наполнителя в пресс-форме расплавом термопластичного полимера, при этом пропитку осуществляют путем течения расплава через весь слой наполнителя с последующим вытеканием избыточного расплава, отличающийся тем, что используется наполнитель с армированием и/или термоэлементами, а избыточный расплав удаляют через отверстия в нижней части пресс-формы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаленный застывший избыточный расплав измельчают с последующим его использованием.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве термопластичного полимера используют, по меньшей мере, один полимер, выбранный из группы, включающей полиэтилентерефталат, полиамиды, полиолефины, полипропилен и полистирол.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используются сыпучие, порошкообразные, волокнистые, нетканые, тканые материалы и их комбинации.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве термоэлементов могут быть использованы токо-, водо-, газопроводящие элементы.