СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХСЛОЙНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
METHOD OF OBTAINING DOUBLE-LAYERED COMPOSITION MATERIAL

Изобретение относится к промышленности пластмасс и, в частности, к способам получения двухслойного композиционного материала, который может быть использован в различных областях машиностроения.
Известен способ получения составного материала резиновой смеси на основе бутадиенстирольного каучука галоидирующим агентом, контактированием с композицией на основе термопластичного полимера с последующей термообработкой при температуре 150-170°С, при этом в качестве галоидирующего агента используют трихлоризоциануровую кислоту, а в качестве термопластичного полимера - поливинилхлорид, и после обработки галоидирующим агентом проводят вулканизацию резиновой смеси при температуре 180-220°С (см. описание изобретения к патенту №1060120 СССР, МПК В23В 25/08, опубл. 12.07.1983 г.).
Недостатком известного способа является высокая технологическая сложность и экологическая небезопасность, обусловленные как составом материала, так и технологическими реагентами, используемыми в процессе получения материала, а также низкая адгезия между резиной и полимерным слоем.
2
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения двухслойного композиционного материала на основе резиновой смеси и сверхвысокомолекулярного полиэтилена, предусматривающий формование слоев, их последующую адгезию путем тепловой обработки под давлением и охлаждение полученного композиционного материала до комнатной температуры. В известном способе сначала осуществляют холодное формование сверхвысокомолекулярного полиэтилена, а затем адгезию с резиновым слоем путем спекания в прессформе при температуре 140-180°С и давлении 10-50 МПа/см в течение 30 минут (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации №2052357, МПК В23В 25/08, опубл. 20.01.1996 г.).
Недостатками известного технического решения являются:
- сложность операции холодного формования при изготовлении конструкционных деталей пространственной формы;
- низкое качество изделий, обусловленное тем, что при совпадении разъема пресс-формы с частью изделия из сырой резины, в процессе охлаждения из-за значительной усадки полиэтилена, происходит вытекание резины в разъем с образованием облоя, который затем отрывается, в результате чего на наружной поверхности резинового слоя появляются дефекты;
- ограниченные возможности получения из этого композиционного материала изделий сложной формы по причине ограничения соотношения толщин составляющих слоев.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение качества двухслойного композиционного материала и технологичности процесса.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения двухслойного композиционного материала на основе резиновой смеси и сверхвысокомолекулярного полиэтилена, предусматривающем формование слоев, их последующую адгезию под давлением и охлаждение полученного композиционного материала до комнатной температуры, резиновую смесь предварительно подвергают вальцеванию и прессованию, затем помещают в нагретую пресс-форму, соответствующую форме готового материала, добавляют слой сверхвысокомолекулярного полиэтилена, а адгезию осуществляют на гидравлическом прессе в течение 14-15 минут при давлении 3-4 МПа, при этом при изготовлении резиновой смеси в нее вводят добавку сверхвысокомолекулярного полиэтилена в количестве 8-10% от массы резиновой смеси.
Предварительное вальцевание и прессование резинового слоя позволяет исключить появление поверхностных дефектов на резиновом слое, а прессование слоев в предварительно нагретой пресс-форме - повысить адгезию со слоем сверхвысокомолекулярного полиэтилена, то есть качество композиционного материала.
Использование пресс-формы, соответствующей форме готового материала, позволит изготавливать из композиционного материала детали для массового производства, повышая, таким образом, технологичность процесса.
Адгезия слоев на гидравлическом прессе позволяет повысить ее качество, а также сократить ее время по сравнению с ближайшим аналогом в два раза.
Введение добавки в резиновую смесь сверхвысокомолекулярного полиэтилена с диаметром частиц от 4-х до 10 млн г/моль, в количестве 8-10% от общей массы резиновой смеси позволяет получить материал с высокой адгезией и повысить технологичность процесса за счет использования термопластавтоматов.
Способ осуществляют следующим образом. Резиновую смесь предварительно вальцуют и прессуют при температуре 145°С в течение 5-6 минут и давлении не менее 4 МПа. Пресс-форму, соответствующую окончательно готовой детали из двухслойного композиционного материала, предварительно нагревают до температуры 180-190°С. Затем в нее помещают полученную заготовку из резиновой смеси и засыпают слой из рассчитанного количества сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Адгезию осуществляют на гидравлическом прессе типа Г-4436, с плитами, подогреваемыми до температуры 145°С, в течение 5-6 минут и при давлении 3-4 МПа. Затем пресс-форму перемещают на пресс с охлаждаемыми плитами, где происходит охлаждение композиционного материала до 120°С под давлением 8-10 МПа. После выемки из пресс-формы материал охлаждают до комнатной температуры. При осуществлении способа получения двухслойного композиционного материала при изготовлении резинового слоя в резиновую смесь вводят добавку сверхвысокомолекулярного полиэтилена с диаметром частиц от 20 до 60 µм и молекулярной массой от 0,5 до 4,5 млн г/моль в количестве 8-10% от массы резиновой смеси.
ПРИМЕР 1. Для получения двухслойного композиционного материала для обрезиненного катка, имеющего максимальную толщину ступицы 20 мм, резиновую смесь на основе бутадиенметилстирольного, или бутадиенового, или синтетического изопренового, или натурального каучука, предварительно вальцуют и прессуют при температуре 145°С в течение 6 минут, а пресс-форму нагревают до температуры 190°С. Адгезию ведут в течение 15 минут и при давлении 4 МПа. Охлаждение композиционного материала в пресс-форме ведут при давлении 10 МПа.
ПРИМЕР 2. Способ осуществляют аналогичным образом. При этом в резиновую смесь вводят добавку из сверхвысокомолекулярного полиэтилена в количестве 8-10% от массы резиновой смеси, которую прессуют в течение 5 минут при давлении 4 МПа. Пресс-форму предварительно нагревают до температуры 180°С, а адгезию осуществляют в течение 15 минут при давлении 3 МПа. Охлаждение композиционного материала в пресс-форме осуществляют под давлением 8 МПа.
Процентное содержание добавки, а также сверхвысокомолекулярного полиэтилена с диаметром частиц от 20 до 60 µм и молекулярной массой 1 млн г/моль подбирают в зависимости от слоя из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, требований к адгезии и вида используемых термопластавтоматов.
Выбор марки сверхвысокомолекулярного полиэтилена зависит от предъявляемых требований и конкретной детали из двухслойного композиционного материала. Чем выше молекулярная масса, тем выше прочностные свойства материала, но при этом возрастает стоимость готового композиционного материала.
В приведенных примерах высокая адгезия резины со ступицей была получена при максимально низкой цене композиционного материала. Результаты испытаний показали, что при использовании сверхвысокомолекулярного полиэтилена, имеющего молекулярную массу 0,5; 2 и 4,5 млн г/моль, в обоих примерах усилие разрыва по резине колебалось в диапазоне 35-49 кг.
Таким образом, заявляемый способ получения композиционного материала позволяет по сравнению с аналогами обеспечить высокую адгезию слоев, повысить технологичность процесса и снизить стоимость готового материала.
Кроме того, он позволяет изготавливать из этого двухслойного композиционного материала изделия сложной пространственной формы.