Способ изготовления полых изде­лий из термопластов

(57) Использование: изготовление полых изделий методом раздува из термопластов Сущность изобретения: раздув заготовки ведут с начальной скоростью ее деформирования больше критичес­кой. Начальную скорость деформирования заго­товки обеспечивают путем подачи на раздув сжато­го газа с абсолютным давлением, значение которо­го определяется математической зависимостью, включающей абсолютное давление газа в полости заготовки до начала ее раздува, начальный объем полости заготовки, объемный расход сжатого газа, подаваемого на раздув заготовки, показатель адиабаты газа, подаваемого на раздув заготовки, критическая скорость деформирования заготовки. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

3 2024405 4

Изобретение относится к области пере­работки полимерных материалов и может быть использовано для производства термоусаживаемых изделий, которые применя­ются для неразъемного соединения или герметизации стыков трубопроводов, изо­ляции поверхности изделий с целью их за­щиты от влияния агрессивных сред или придания им электроизоляционных свойств, упаковки различных продуктов и т. д.

Известен способ изготовления термоусаживаемых втулок [1], согласно которому труб­чатую заготовку из полимерного материала подвергают радиоактивному облучению, на­гревают и ориентируют до заданного разме­ра путем создания избыточного давления внутри заготовки с последующим охлажде­нием (термофиксацией).

Также известно техническое решение [2], согласно которому при производстве термоусаживаемых трубок из полимерных материалов используют облученные заго­товки.

Наиболее близким техническим реше­нием является способ раздувного формова­ния полых изделий из термопластов, заключающийся в раздуве помещенной в форму трубчатой заготовки и находящейся в состоянии расплава, с последующим ох­лаждением в ней полученного изделия [3]. Однако изделия, полученные данным спосо­бом, практически не обладают свойством термоусаживаемости, т.е. способностью при их нагревании, восстанавливать исход­ные размеры заготовки, из которой они бы­ли получены.

Целью способа является расширение сферы использования полых изделий из термопластов за счет придания им свойства термоусаживаемости.

Сущность предлагаемого способа за­ключается в следующем.

Известно, что при деформировании вязкоупругих сред, которыми являются распла­вы полимеров, могут развиваться как необратимые деформации течения, так и об­ратимые высокоэластические деформации. Деформации течения обусловлены взаим­ным перемещением макромолекул полиме­ра. А высокоэластические деформации реализуются благодаря разворачиванию и ориентации макромолекулярных цепей.

Практически все технологические про­цессы переработки полимеров в изделия, а том числе и раздувное формование, основа­ны на переводе полимера в состояние рас­плава путем нагревания и последующего его деформирования за счет вязкого тече­ния расплава материала, т. е. за счет разви­тия необратимых деформаций.

Свойство же термоусаживаемости обус­ловлено наличием только обратимых высо­коэластических деформаций, которые, будучи зафиксированы в деформируемом материале путем его охлаждения, могут быть реализованы при последующем нагре­вании материала и при этом будут приво­дить к изменению размеров образца, который подобно растянутой резине, будет стремиться сократить свои размеры.

Количественный показатель, по которо­му оценивают термоусаживаемость изде­лий, носит название степени обратимости деформации S_ОД и рассчитывается как отношение обратимой ε _е и общей ε деформации, определенных в мере Генки, развившихся в изделии в процессе его формования, т. е.

где - характерный размер отформованного изделия;

- характерный размер изделии после термоусадки;

- характерный размер заготовки из которой получено изделие.

В существующих способах получения термоусаживаемых изделий, полимерный материал подвергается радиационному об­лучению. Это делается с целью создания сетчатой ("сшитой") структуры в материале, т. е. соединения макромолекул между со­бой. Наличие поперечных связей между макромолекулами препятствует их взаимно­му смещению, что делает невозможным раз­витие необратимых деформаций течения.

При деформировании такого материала бу­дут развиваться только высокоэластиче-ские, обратимые деформации, которые, как указано выше, могут быть зафиксированы путем охлаждения. Это и придает изделиям свойство термоусаживаемости, которое мо­жет быть реализовано в дальнейшем при нагревании таких изделий.

Из изложенного следует, что для пол­учения термоусаживаемых изделий необходимо, чтобы в процессе деформирования развивались практически только обратимые высокоэластические деформации при отсут­ствии необратимых деформаций течения. В существующих способах, как указано выше, термоусаживаемость достигается за счет создания сетчатой структуры материала пу­тем его радиационного облучения. Однако обеспечение развития практически только обратимых деформаций в процессе дефор­мирования (формования) полимерного ма-

2024405 6

териала возможно и другим способом - путем перевода материала в состояние высо-коэластичности за счет возрастания вязкости расплава полимера в процессе его деформирования. Как известно, увеличение вязкости расплава деформируемого пол­имера связано с ориентацией его макромо­лекул и, как следствие, с увеличением межмолекулярного взаимодействия. Одна­ко, наряду с ориентацией макромолекул протекают процессы и их дезориентации, которые приводят к снижению вязкости. Следовательно, для обеспечения развития в деформируемом полимере преимуществен­но обратимых деформаций и предотвращения развития необратимых, необходимо, чтобы скорость ориентации макромолекул, то есть скорость развития высокоэластических деформаций, зависящая от скорости деформирования полимера, намного бы превосходила скорость их дезориентации, т. е. скорость деформаций течения.

С целью определения параметров про­цесса раздувного формования, при которых будут выполняться вышеуказанные уеловия, рассмотрим поведение вязкоупругих полимерных сред, описываемых изотерми­ческой неравновесной реологической мо­делью максвелловского типа и находящихся при раздувном формовании изделия в условиях двухосного симметричного напряженно-деформированного состояния. Для этого случая рассматриваемая модель дает следующее кинематическое скалярное уравнение, описывающее развитие высокоэластических деформаций в раздуваемой заготовке во времени в зависимости от ско­рости деформирования заготовки и физиче­ских констант материала:

(1)

где - высокоэластическая деформация в мере Генки;

- безразмерное время;

- время;

- время релаксации полимера в ньютоновской области его течения;

- безразмерная скорость деформации;

- скорость деформации;

- безразмерный параметр, характе­ризующий гибкость макромолекул полиме­ра, определяемый экспериментально [5]

Скорость деформирования заготовки Е определяется из решения задачи о деформировании трубчатой заготовки избыточ­ным давлением газа, поступающего в ее полость: рассматриваемая квазиравновес­ное состояние раздуваемой заготовки и исходя из условия адиабатного расширения газа, поступающего с критической скоро­стью в полость деформируемой трубчатой заготовки, с учетом первого закона термо­динамики, находится искомая зависимость скорости деформирования заготовки от времени:

,

где - безразмерная скорость деформирования заготовки в начальный мо­мент ;

- скорость деформирования заготовки в начальный момент времени , т. е. начальная скорость деформи­рования;

- абсолютное давление сжатого газа, подаваемого на раздув заготовки;

- абсолютное давление газа в поло­сти заготовки до начала ее раздува;

- объемный расход ежзтого газа, подаваемого на раздув заготовки;

- начальный обьем полости заготовки;

- показатель адиабаты газа, подавае­мого на раздув заготовки.

Анализ решения уравнения (1) показы­вает, что при раздувании заготовок в полые изделия возможны только два принципи­ально различающихся варианта развития обратимых деформаций, обусловленных различным соотношением скоростей про­цессов ориентации и дезориентации макро-молекул полимера: в первом случае обратимые деформации сначала немного нарастают, а затем уменьшаются практиче­ски до нулевого уровня (кривые 1, 2, 3 на чертеже). Во втором же случае уровень обратимых деформаций непрерывно уве­личивается и близок к уровню общей дефор­мации заготовки (кривые 4, 5, 6 на чертеже).

Анализ уравнения (1), а также его реше­ний позволяет установить, что реализация того или иного варианта развития обрати­мых деформаций при фиксированных значе­ниях и зависит от величины начальной скорости деформации заготовки при этом второй вариант развития высокоэлэстических деформаций возможен при том ус-

7 2024405 8

ловии, когда начальная скорость, деформирования заготовки больше некоторой критической скорости ее деформирования , значение которой определяется условием непрерывного нарастания высокоэластиче­ских деформаций в заготовке в процессе ее раздувания в изделие при минимально воз­можной начальной скорости ее деформиро­вания и легко находится из уравнения (1), как совокупность только таких его решений, которые отвечают выше сформулированному условию, имеющему следующий формализованный вид:

На основании изложенного легко устанавливается совокупность значений критических скоростей деформирования раздуваемой заготовки, определяемая следующим соотношением:

где безразмерные коэффициенты имеют следующие значения: а=0,94; a₁=1,51; с=1,15; c₁=2,55; e=0,36; b=0,5; b₁=1,94; d=2,51; d₁=7,1; e₁=0,13.

Следовательно, для придания полому изделию свойства термоусаживаемого за счет развития в нем в процессе его формования практически только высокоэластических деформаций, необходимо вести деформирование заготовки, из которой формуется изделие, с начальной скоростью деформирования выше критической, т. е.

(2)

В противном случае высокоэластические деформации в формуемом изделии практически не развиваются, а само изделие не обладает свойством термоусаживаемости, что и наблюдается на практике.

Как видно из соотношения (2), необходимую начальную скорость деформирования в зависимости от свойств перерабатываемого материала и можно обеспечить любым из следующих техноло-

гических параметров процесса , , , , , и определяемых, согласно соот­ношению (2), следующим образом:

;

;

;

;

;

;

На фиг. 1 представлены качественные зависимости развития высокоэластической деформации от безразмерного времени при различных начальных скоростях деформирования заготовки : кривые 1, 2, 3 () не соответствуют условию (2); кривые 4, 5, 6 () соответствуют условию (2).

Способ изготовления полых изделий из термопластов осуществляется следующим образом.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЕРМОПЛАСТОВ, включающий раздувание помещенной в форму трубчатой заготовки, находящейся в состоянии расплава, с последующим охлаждением в форме полученного изделия, отличающийся тем, что, с целью расширения сферы использования полых изделий путем придания

9 2024405 10

им свойств термоусаживаемости, раздув заготовки ведут с начальной скоростью ее деформирования больше критической.

2. способ по п.1, отличающийся тем, что начальную скорость деформирования заготовки обеспечивают путем подачи на раздув сжатого газа с абсолютным давлением

где - абсолютное давление газа в полости заготовки до начала ее раздува;

- начальный объем полости заготовки;

- объемный расход сжатого газа, подаваемого на раздув заготовки;

- показатель адиабаты газа, подаваемого на раздув загатовки;

- критическая скорость деформирования заготовки;

- время релаксации перерабатываемого полимера в ньютоновской области его течения при температуре переработки;

- безразмерный параметр, характеризующий гибкость макромолекул перерабатываемого полимера;

безразмерные коэффициенты имеют следующие значения:

а = 0,94;

a₁ = 1,51;

с = 1,15;

c₁ = 2,55;

e = 0,36;

b = 0,5;

b₁ = 1,94;

d = 2,51;

d₁ = 7,1;

e₁ = 0,13.

3. по п.1, отличающийся тем, что начальную скорость деформирования заготовки обеспечивают путем подачи на раздув сжатого газа, расход которого

4. Способ по п.1. отличающийся тем, что начальную скорость деформи­рования заготовки обеспечивают путем раздува заготовки с начальным объемом ее полости

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальную скорость деформи­рования заготовки обеспечивают путем создания абсолютного давления в поло­сти заготовки до начала ее раздува

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальную скорость деформирования заготовки обеспечивают путем подачи на раздув сжатого газа и с показателем адиабаты

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальную скорость деформирования заготовки обеспечивают путем раздува заготовки, время релаксации материала которой в ньютоновской области его течения при температуре переработки

Редактор Т.Никольская

Составитель Ф.Волков Техред М.Моргентал

Корректор Н.Милюкова

Заказ 984

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

12. Библиографический список литературы:

1. Патентный закон Российской Федерации от 1992 г.(с последними редакциями)

2. Федеральный закон «О товарных знаках, знаках обслуживания и наименованиях мест происхождения товаров». – СПб.: Питер, 2003.

3. Бромберг Г.В. Основы патентного дела: Уч. пос. – М.: Экзамен, 2003.

4. Муштаев В.И., Мандрыка Е.А. Основы инженерного творчества и технологии интеллектуальной деятельности: Уч. пос. – М.: МГУИЭ, 2003.

5. Нормативные документы Российской Федерации в области промышленной собственности. – М.: ВНИИПИ, 1995.

6. Рясенцев В.А. Патентоведение. – М.: Машиностроение, 1984.

Дата добавления: 2015-06-25