Способ изготовления изделий из термопластичного материала
Изобретение относится к области производства изделий из пластмасс и, в частности, к технологии изготовления изделий из термопластичных материалов, содержащих порообразователи типа порофоров, например сополимера этилена и винилацетата (ЭВА), СЭВИЛЕНА, пенополиэтилена, пенсовилена и других. Технический результат, достигаемый при использовании способа переработки термопластичных материалов, содержащих порообразователи типа порофоров, заключается в том, чтобы обеспечить полное совпадение формы и размеров изготавливаемых изделий и исключить наличие отклонений от них, а также позволить упростить оборудование, на котором осуществляется изготовление изделий по предлагаемому способу. Указанная задача решается в способе изготовления изделий из термопластичных материалов, содержащих порообразователи типа порофоров, путем изменения состояния материала непосредственно в пресс-форме в процессе расплавления, пенообразования и формования. Этот способ содержит также операции нагрева и охлаждения пресс-формы с помощью теплоносителя. Сначала, используя теплоноситель, осуществляют нагрев пресс-формы максимально до температуры 170°С. Затем при этой температуре выдерживают пресс-форму в течение 1-10 минут. После этого с помощью того же теплоносителя охлаждают пресс-форму до температуры минимально 4°С, до окончания в ней всех процессов изменения состояния термопластичного материала, и извлекают из нее готовое изделие. При нагреве можно использовать масляный, воздушный, паровой и электрический теплоносители. При охлаждении же используют масляный, воздушный, азотный теплоносители. Все детали пресс-формы выполнены из жаропрочного материала с высокой теплоемкостью. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области производства изделий из пластмасс и, в частности, к технологии изготовления изделий из термопластичных материалов, содержащих порообразователи, типа порофоров, например сополимера этилена и винилацетата (ЭВА), СЭВИЛЕНА, пенополиэтилена, пенсовилена и других.
Известны способы переработки термопластичных материалов в изделия (см., например, Крыжановский В.К. и др. «Технические свойства полимерных материалов: учебно-справочное пособие», 2003, стр.188-201), в которых переработка преимущественно осуществляется из расплавленного состояния материала, т.е. когда он находится в вязко-текучем состоянии, методами прессования, литья и выдавливания. К таким способам относятся, например, прессование, литье под давление, экструзия. В этих случаях последующее формование изделия осуществляют с помощью пресс-форм, как, например, в литье под давление, или расплавленный материал заставляют течь через формующее отверстие - фильеру, как, например, в экструзии.
В случае, если в состав термопластичного материала входят пенообразующие составляющие - порообразователи типа порофоров (см. Химия: Энциклопедия./ Под ред. И.Л.Кнунянц, 2003, стр., 474), то переработка такого термопластичного материала, например сополимера этилена и винилацетата (ЭВА), может осуществляться (см., например, М. Г. Киселев и др. «Технология производства изделий из пластмасс», 2003, стр.21-36, 45-60) следующими способами:
1) гранулированный или листовой материал закладывают в пресс-форму меньшей, чем изделие, величины и нагревают, материал расплавляется, происходит процесс вулканизации, т.к. материал содержит некоторое количества каучука, после чего открывают пресс-форму и горячий материал начинает увеличиваться в объеме, т.к. в состав материала входит порофор (порообразователь);
2) гранулированный материал засыпают в бункер, из которого он попадает в рабочий цилиндр, где захватывается вращающимся червяком, который продвигает и уплотняет его. В результате передачи теплоты от нагревательного элемента и выделения теплоты при трении частиц материала друг о друга и о стенки цилиндра перерабатываемый материал переходит в вязко-текучее состояние и непрерывно выдавливается через экструдер в пресс-форму заведомо меньшей величины, рассчитанную с учетом коэффициента расширения материала. После вулканизации в пресс-форме входящего в состав материала каучука ее открывают, изделие мгновенно, как пружина, увеличивается в объеме с учетом коэффициента увеличения, заложенного в материале.
В обоих способах получения готового изделия фиксации охлаждения готового изделия нет, т.е. изделие выходит горячим, достаточно эластичным и мягким. Охлаждение происходит естественным путем, и в этот период готовое изделие подлежит естественной деформации. Для того чтобы избежать этого при охлаждении изделия, используют колодки, всякие формы и т.д. Указанные способы работы с материалами типа ЭВА требуют больших энергетических и физических затрат, тяжелого дорогостоящего оборудования. Кроме того, важно, что при попадании в эту технологическую цепочку нестабилизированного материала, хотя бы с небольшими отклонениями, происходит 100% брак готовой продукции, в связи с тем, что готовые изделия могут быть увеличены или уменьшены в своих объемах.
Задачей настоящего изобретения является предложение способа переработки термопластичных материалов, содержащих порообразователи типа порофоров, который бы обеспечил полное совпадение формы и размеров изготавливаемых изделий и исключил бы наличие отклонений от них, а также позволил бы упростить оборудование, на котором осуществляется изготовление изделий по предложенному способу.
Указанная задача решается в предлагаемом способе изготовления изделий из термопластичных материалов, содержащих порообразователи типа порофоров, тем, что все стадии изменения состояния: расплавление, ценообразование и формование термопластичного материала, осуществляют непосредственно в пресс-форме для изготовления изделия, которая снабжена средствами ее нагрева и охлаждения, при этом первоначально в нее закладывают гранулированный, порошкообразный или листовой термопластичный материал, затем разогревают ее вместе с заложенным термопластичным материалом до температуры, обеспечивающей его расплавление, ценообразование и формование, после чего выдерживают в течение 1-10 минут, далее охлаждают пресс-форму до окончания в ней всех процессов изменения состояния термопластичного материала и извлекают из нее готовое изделие.
При этом для различных материалов в зависимости от их свойств, обусловленных наличием различных наполнителей, например опилок, пробки, металла, стекла и т.д., и имеющих в связи с этим различные свойства, температуру нагрева пресс-формы с заложенным в нее материалом выбирают различной. Данные о таких температурах могут быть взяты из справочников, энциклопедий, ГОСТов (см., например, Энциклопедия полимеров. /Под ред. В.А.Каргина и др., М., 1972, т.1-3). Важно, чтобы выбранная температура обеспечивала расплавление, ценообразование и формование заложенного материала.
Выдерживание выбранной для конкретного материала температуры в течение 1-10 минут после процесса нагрева пресс-формы позволяет обеспечить полное протекание процессов изменения состояния термопластичного материала с обеспечением его расплава, ценообразования и формования в пресс-форме.
Главной особенностью предлагаемого способа, позволяющего получить полное соответствие изготавливаемого изделия заданным размерам, является наличие процесса охлаждения пресс-формы с заложенным в нее термопластичным материалом до окончания в ней всех процессов изменения состояния термопластичного материала.
Что касается средств нагрева и охлаждения пресс-формы с заложенным материалом, то они могут иметь любую конструкцию, главное, чтобы обеспечивали нагрев и охлаждение пресс-формы до заданной температуры, при этом при нагреве можно использовать масляный, воздушный, паровой, электрический теплоноситель, а при охлаждении - масляный, воздушный, азотный.
Выполнение всех деталей пресс-формы из жаропрочного материала с высокой теплоемкостью обусловлено необходимостью придания термопластичному материалу, заложенному в нее, состояния нагрева и охлаждения, обеспечивающего прохождение процесса переработки термопластичного материала.
Примеры
| Результаты испытаний образцов | ||||||
| № п/п | Наименование | № испытуемого образца | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1 | Наименование изделия | Подошва для обуви | Игрушка детская | Чехол для телефона | Детское кресло | Ваза для цветов |
| 2 | Тип термопластичного материала | ЭВА | Пенополиэтилен | Пенополиэтилен | ЭВА | Пенополиэтилен |
| 3 | Тип порофора | 4Х321 | 4Х321 | 4Х321 | 4Х321 | 4Х321 |
| 4 | % содержание порофора | нестабильное | нестабильное | нестабильное | нестабильное | Нестабильное |
| 5 | Тип теплоносителя при нагреве | масло | масло | масло | масло | Масло |
| 6 | Тип теплоносителя при охлаждении | масло | масло | масло | масло | Масло |
| 7 | Максимальная температура нагревания пресс-формы | 170° | 170° | 170° | 170° | 170° |
| 8 | Продолжительность выдержки (мин) | 7 | 1 | 1 | 10 | 3 |
| 9 | Время охлаждения (мин) | 1 | 1 | 1 | 7 | 3 |
| 10 | Минимальная температура охлаждения | 4° | 4° | 4° | 4° | 4° |
| 11 | Соответствие изделия требуемым размерам (%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Из представленных в таблице данных видно, что предложенный способ изготовления изделий из термопластичного материала обеспечивает точное изготовление изделий из указанного материала за достаточно непродолжительное время, при этом в качестве основного оборудования используется только пресс-форма, которая должна быть оснащена средствами для ее нагрева и охлаждения.
1. Способ изготовления изделий из термопластичного материала, включающего порообразователи типа порофоров, путем изменения состояния материала непосредственно в пресс-форме в процессе его расплавления, пенообразования и формования, содержащий операции нагрева и охлаждения пресс-формы с помощью теплоносителя, отличающийся тем, что сначала, используя теплоноситель, осуществляют нагрев пресс-формы максимально до температуры 170°С, затем при этой температуре выдерживают пресс-форму в течение 1-10 мин, после чего с помощью того же теплоносителя ее охлаждают до температуры минимально 4°С.
2. Способ изготовления изделий из термопластичного материала по п.1, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя для нагрева и охлаждения пресс-формы используют масляный теплоноситель.
