СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ УДАРОСТОЙКИХ ПРОЗРАЧНЫХ ПОЛИКАРБОНАТНЫХ ЛИСТОВ
METHOD FOR FORMING OF IMPACT-RESISTANT TRANSPARENT POLYCARBONATE SHEETS

Изобретение относится к технике переработки листовых заготовок из прозрачного поликарбоната, а именно к способам формования листовых заготовок из поликарбоната, и может быть использовано в любой отрасли машиностроения, в частности, для получения изделий остекления самолетов, вертолетов и других средств.
Известен способ формования ударостойких прозрачных полимерных листов, включающий размещение полимерного листа между формующими элементами в виде двух контурных полуформ с защемлением его между ними, нагревание и последующее формование с использованием вакуума, создаваемого в одной из полуформ по патенту WO 03/016025, МПК В29С 51/08, опубл. 27.02.2003.
Недостатком известного способа является то, что при его осуществлении не обеспечивается получение равномерной толщины по площади гнутого листа из-за неравномерного растяжения его в процессе формования. Кроме этого, при фиксации краевой области листа необходимо использовать полимерный лист значительно большей величины по толщине, чтобы получить заданную.
Наиболее близким к изобретению является способ формования ударостойких прозрачных полимерных листов из поликарбоната, включающий размещение листа между формующими элементами, нагревание и последующее формование с использованием изгибающих усилий на нагретый лист, при этом в качестве формующих элементов используют силикатные стекла с заданной кривизной поверхности, эквидистантные друг к другу, а перед нагреванием создают изгибающие усилия на поликарбонатном листе путем равнораспределенной механической нагрузки по патенту RU 2527463, МПК В29С 51/08, опубл. 27.08.2014.
Недостатком известного способа является то, что как при нагреве поликарбонатного листа, расположенного между силикатными стеклами, так и в процессе его охлаждения, происходит перемещение поверхностей поликарбонатного листа относительно поверхностей силикатных стекол из-за различия их коэффициентов термического расширения. Это обстоятельство приводит к повреждению поверхностей поликарбонатного листа. Этот фактор усиливается по мере увеличения габаритных размеров поликарбонатного листа и, соответственно, силикатных стекол.
Задачей изобретения является получение прозрачных листов больших размеров из поликарбоната без повреждения их поверхностей в процессе нагрева и охлаждения, позволяющих использовать их в качестве изделий остекления самолетов и вертолетов.
Для достижения задачи изобретения предложен способ формования прозрачных поликарбонатных листов с цилиндроидной кривизной поверхности, включающий размещение листа на формующем элементе, нагревание при одновременном создании изгибающих усилий на поликарбонатном листе путем приложения равнораспределенной механической нагрузки, отличающийся тем, что поликарбонатный лист размещают на формующем элементе с заданной цилиндроидной кривизной поверхности, причем одну из сторон листа защемляют на формующем элементе, а противоположную сторону листа нагружают с помощью дополнительного элемента, нагревают лист до температуры на 10-20°С ниже температуры размягчения поликарбоната, выдерживают при этой температуре и одновременно поворачивают формующий элемент вокруг его оси симметрии до полного прилегания поликарбонатного листа к формующему элементу.
Защемление одной из сторон поликарбонатного листа на формующем элементе позволяет исключить повреждение обеих поверхностей листа при его нагреве, так как обе поверхности листа находятся вне контакта с какими-либо твердыми поверхностями. Нагружение противоположной стороны листа с помощью дополнительного элемента и поворот формующего элемента вокруг его оси симметрии способствуют плавному прилеганию поликарбонатного листа к формующему элементу без повреждения поверхности листа. Использование дополнительного элемента для нагружения поликарбонатного листа позволяет осуществлять формование его до цилиндроидной кривизны при температурах на 10-20°С ниже температуры размягчения поликарбоната, что также позволяет исключить повреждение поверхности листа, особенно листа больших размеров.
Способ осуществляют следующим образом. На гнутом до заданной цилиндроидной кривизны поверхности элементе защемляют одну из сторон поликарбонатного листа с заданными габаритными размерами. Противоположную сторону листа нагружают с помощью дополнительного элемента с заданным весом. Затем осуществляют нагрев в термостате до температуры на 10-20°С ниже температуры размягчения поликарбоната, выдерживают при данной температуре, одновременно в процессе выдержки поворачивают формующий элемент вокруг его оси симметрии. При этом лист поликарбоната изгибается под действием равномерно распределенной нагрузки, создаваемой дополнительным элементом, и принимает заданную цилиндроидную кривизну поверхности, которая задается и определяется формующим элементом. После этого термостат охлаждается инерционно до комнатной температуры, а полученная заготовка передается на участок резки и обработки для получения изделия.
Пример 1. Необходимо получить ударостойкий прозрачный лист из поликарбоната с заданной цилиндроидной кривизной поверхности. Заданные геометрические размеры поликарбонатного листа: толщина 6±0,2 мм, габариты 1240×1125 мм, максимальная стрела прогиба 250 мм.
Используют лист поликарбоната торговой марки «Lexan», синтезированной фирмой «General Electric Plastics» (US), толщиной 6±0,1 мм и габаритными размерами 1340×1125 мм, с температурой размягчения 150°С. Используют формующий элемент с цилиндроидной кривизной поверхности с максимальной стрелой прогиба 250 мм.
2
На формующем элементе защемляют лист поликарбоната по стороне 1125 мм, а его противоположную сторону нагружают с помощью дополнительного элемента весом 2,5 кг (равнораспределенная нагрузка 0,00072 кг/см).
Осуществляют нагрев собранной композиции в термостате до 140±2°С в течение 1,1 ч. Затем выдерживают термостат при указанной температуре в течение 40 мин, при этом поворачивая формующий элемент вокруг его оси симметрии, до полного формования листа поликарбоната. После этого охлаждают термостат инерционно до комнатной температуры в течение 14 ч.
Пример 2. Необходимо получить прозрачный лист из поликарбоната с заданной цилиндроидной кривизной поверхности. Заданные геометрические размеры листа из поликарбоната: толщина 5±0,2 мм, габариты и максимальная стрела прогиба те же, что и в примере 1.
Используют лист поликарбоната той же торговой марки, что и в примере 1, толщиной 5±0,2 мм, с теми же размерами, что и в примере 1.
2
Далее собирают композицию, как и в примере 1. Отличие заключается в том, что вес дополнительного элемента равен 2,0 кг (равнораспределенная нагрузка 0,00057 кг/см).
После этого операции осуществляют так же, как и в примере 1.
Из приведенных примеров 1, 2 видно, что использование дополнительного элемента для нагружения поликарбонатного листа позволило осуществлять формование его до цилиндроидной кривизны при температурах на 10-20°С ниже температуры размягчения поликарбоната, что обеспечило исключение повреждения поверхности и отсутствие каких-либо дефектов на обеих поверхностях листа большого размера. Кроме этого полученные изделия отличаются большим соответствием заданной цилиндроидной кривизне поверхности без значительного изменения толщины по площади листа. Отклонение от заданной кривизны поверхности составило не более 0,1 мм по всей площади изделия. Полученные изделия из прозрачных поликарбонатных листов могут быть использованы в качестве изделий остекления самолетов и вертолетов.
Источники информации
1. Патент WO 03/016025, МПК В29С 51/08, опубл. 27.02.2003.
2. Патент RU 2527463, МПК В29С 51/08, опубл. 27.08.2014 - прототип.