УПЛОТНИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИОННОЙ ФОРМЫ (ВАРИАНТЫ), ПРОКЛАДКА ИЗ ЭЛАСТИЧНОГО ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИСТОВЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ВАРИАНТЫ)
SEALANT FOR POLYMERISATION MOULD (VERSIONS), LINER OF ELASTIC POLYMER MATERIAL (VERSIONS), AND DEVICE FOR PRODUCING POLYMER SHEET MATERIALS (VERSIONS)

Изобретение относится к аппаратуре и ее элементам для получения листовых полимерных материалов из мономеров и форполимеров в полимеризационных формах, а именно к вариантам конструкции уплотнителя для полимеризационной формы, вариантам прокладки из эластичного полимерного материала и к вариантам конструкции устройства для получения полимерных материалов. Изобретения могут быть использованы, в частности, для промышленного получения листового органического стекла.
Процесс полимеризации мономерной смеси с образованием листового полимерного материала протекает в объеме, образованном двумя формующими подложками и помещенным по их периметру уплотнителем. Степень герметизации формы, а также качество получаемого стекла зависят от конструкции используемого уплотнителя.
Известен уплотнитель для полимеризационной формы, выполненный из длинномерного гибкого полимерного материала (например, из сополимера этилена с винилацетатом или поливинилхлорида) и имеющий Т-образную в сечении форму (RU 95112035, B29D 7/00, C08F 20/12, 1997). Уплотнитель содержит перпендикулярные друг к другу окантовывающий и разделяющий элементы. При сборке полимеризационных форм разделяющий элемент размещают между формующими подложками, а окантовывающий элемент устанавливают примыкающим к торцам подложек. Разделяющий элемент уплотнителя выполнен в виде сплошной плоской ленты или бруска. Из-за отсутствия внутренней полости данный уплотнитель не обладает достаточной гибкостью, поэтому для уменьшения радиуса кривизны окантовывающий элемент разрезают в местах изгиба (на углах формы). Тем не менее, в местах сгиба уплотнителя происходит образование сборок, что не может обеспечить необходимую герметизацию полимеризационной формы и качество органического стекла.
Известны уплотнители для полимеризационной формы, представляющие собой трубку из полимерного материала (RU 2046715, В29С 39/26, 1995) или С-образный профиль со щелью шириной, равной двойному радиусу внутреннего закругления, в котором расположены две резиновые или поливинилхлоридные трубки диаметром, равным двойному радиусу внутреннего закругления профиля (RU 2319609, В29С 39/26, 2008). В обоих случаях для получения органического стекла уплотнитель укладывают по периметру листа силикатного стекла, сверху накрывают вторым силикатным стеклом и скрепляют стекла запирающими средствами. В собранную таким образом полимеризационную форму заливают мономерную смесь и полимеризуют, помещая форму в ванну с водой или термошкаф. После охлаждения форму разбирают и извлекают органическое стекло.
При сборке полимеризационной формы описанные уплотнители невозможно уложить ровно и точно в форме прямоугольника из-за отсутствия жесткой фиксации. Поэтому габариты листов органического стекла меняются от операции к операции. При сжатии силикатных стекол часто происходит перекос трубок, что приводит к получению органического стекла с разной толщиной по краям. Краевые области неправильной формы обрезают, при этом образуется большое количество отходов.
Наиболее близким по технической сущности к вариантам заявленного уплотнителя является известный уплотнитель, выполненный в виде рамы с проходом для ввода полимеризационной смеси, расположенным на одной из ее сторон, причем рама включает жесткую плоскую основу с присоединенным к ней эластичным фланцем, имеющим развальцованный свободный край, и закрепленную на фланце прокладку из эластичного полимерного материала, имеющую в сечении прямоугольную форму и паз для вставки развальцованного свободного края фланца (GB 1168946, В29С 39/00, 1969). Известный уплотнитель позволяет получать листы лишь определенной толщины. При этом возможно возникновение неравномерностей толщины листа, так как используемый уплотнитель не допускает поджатия полимеризационной формы по мере усадки смеси в процессе полимеризации. Затруднительным также является процесс извлечения готового листа при разборке формы.
Наиболее близкой к первому варианту заявленной прокладки является прокладка из эластичного полимерного материала в виде трубки (RU 2046715, В29С 39/26, 1995). Наиболее близкой к другому варианту заявленной прокладки является прокладка из эластичного полимерного материала, представляющая собой С-образный профиль со щелью шириной, равной двойному радиусу внутреннего закругления, в котором расположены две резиновые или поливинилхлоридные трубки диаметром, равным двойному радиусу внутреннего закругления профиля (RU 2319609, В29С 39/26, 2008). Как указано выше, при использовании таких прокладок в качестве уплотнителей полимеризационных форм часто происходит перекос трубок, что приводит к получению органического стекла с разной толщиной по краям.
Известно устройство для получения листовых полимерных материалов, содержащее полимеризационную форму, образованную параллельно расположенными формующими металлическими подложками и уплотнителем для полимеризационной формы, помещенным между формующими подложками по их периметру, и скрепляющие формующие подложки запирающие средства (US 5759456, В29С 33/04, 1998).
Известно устройство для получения органического стекла, содержащее полимеризационную форму, образованную параллельно расположенными формующими подложками, например листами силикатного стекла, и уплотнителем для полимеризационной формы, помещенным между формующими подложками, и скрепляющие формующие подложки запирающие средства, например, струбцины. Уплотнитель для полимеризационной формы из гибкого полимерного материала выполнен длинномерным, имеет Т-образную в сечении форму, содержит расположенные перпендикулярно друг другу окантовывающий и разделяющий элементы и расположен по периметру подложек, причем разделяющий элемент размещен между подложками, а окантовывающий элемент установлен примыкающим к торцам подложек. Уплотнитель выполнен, например, из сополимера этилена с винилацетатом или поливинилхлорида (RU 95112035, B29D 7/00, C08F 20/12, 1997). Как было указано выше, такой уплотнитель не может обеспечить необходимую герметизацию полимеризационной формы и качество органического стекла.
Известно устройство для получения листового органического стекла, содержащее полимеризационную форму, образованную параллельно расположенными формующими подложками, а именно листами силикатного стекла, и уплотнителем для полимеризационной формы, помещенным между формующими подложками, и скрепляющие формующие подложки запирающие средства (RU 2319609, В29С 39/26, 2008). Уплотнитель для полимеризационной формы изготовлен из пластифицированного поливинилхлорида или полиолефина и представляет собой С-образный профиль со щелью шириной, равной двойному радиусу внутреннего закругления, в котором расположены две резиновые или поливинилхлоридные трубки диаметром, равным двойному радиусу внутреннего закругления профиля.
Известно устройство для получения листовых полимерных материалов, а именно органического стекла, содержащее блок полимеризационных форм, образованных параллельно расположенными теплопроводящими плитами, укрепленными на плитах формующими подложками и уплотнителями для полимеризационных форм, помещенными между формующими подложками по их периметру, средства скрепления элементов блока, систему нагрева и охлаждения (RU 2073609, В29С 39/02, C08J 3/24, C08L 33/12, 1997). В качестве уплотнителя для полимеризационных форм используют трубку из эластичного полимерного материала, например, поливинилхлорида. Как было указано выше, использование таких уплотнителей не может обеспечить получение на описанных установках органических стекол со стабильными заданными габаритами, а также исключить разнотолщинность краевых областей стекла. Это в итоге приводит к образованию большого количества отходов, что делает использование установок экономически невыгодным.
Наиболее близким по технической сущности к вариантам предложенных устройств является известное устройство для получения листовых полимерных материалов, содержащее одну полимеризационную форму или блок полимеризационных форм, образованных параллельно расположенными формующими подложками и уплотнителем для полимеризационной формы, помещенным между формующими подложками по их периметру, и скрепляющие формующие подложки запирающие средства, причем уплотнитель выполнен в виде рамы с проходом для ввода полимеризационной смеси, расположенным на одной из ее сторон, рама включает жесткую плоскую основу с присоединенным к ней эластичным фланцем, имеющим развальцованный свободный край, и закрепленную на фланце прокладку из эластичного полимерного материала, имеющую в сечении прямоугольную форму и паз для вставки развальцованного свободного края фланца (GB 1168946, В29С 39/00, 1969). При наличии в устройстве блока полимеризационных форм устройство содержит средства скрепления элементов блока, систему нагрева и охлаждения. Как указано выше, форма использованного в этом устройстве уплотнителя позволяет получать листы лишь определенной толщины; при этом возможно возникновение неравномерностей толщины листа и затруднен процесс его извлечения при разборке формы.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание установки, обеспечивающей экономически выгодное производство листовых полимерных материалов.
Для решения поставленной задачи предложены варианты уплотнителя для полимеризационной формы.
В одном из вариантов предложен уплотнитель для полимеризационной формы, выполненный в виде рамы с проходом для ввода полимеризационной смеси, расположенным на одной из ее сторон, причем рама включает жесткую плоскую основу и прокладку из эластичного полимерного материала, отличающийся тем, что прокладка представляет собой трубку с двумя параллельно расположенными лепестками вдоль внешней поверхности трубки, и лепестки охватывают жесткую плоскую основу по внутреннему периметру.
В этом варианте уплотнитель содержит предложенный вариант прокладки из эластичного полимерного материала в виде трубки, отличающейся тем, что трубка имеет два параллельно расположенных лепестка вдоль внешней поверхности.
В другом варианте предложен уплотнитель для полимеризационной формы, выполненный в виде рамы с проходом для ввода полимеризационной смеси, расположенным на одной из ее сторон, причем рама включает жесткую плоскую основу и прокладку из эластичного полимерного материала, отличающийся тем, что на внутренней боковой поверхности плоской основы рамы по всей ее длине расположена перпендикулярная основе полка, так что рама имеет Т-образное сечение, и на полке по ее длине закреплена прокладка из эластичного полимерного материала, содержащая две трубки, по всей длине скрепленные между собой соединительным элементом, выполненным из материала трубок, причем вдоль внешних поверхностей трубок вблизи креплений соединительного элемента расположены лепестки, направленные навстречу друг другу и охватывающие полку.
В этом варианте уплотнитель содержит другой предложенный вариант прокладки из эластичного полимерного материала, содержащей две трубки, отличающейся тем, что трубки по всей длине скреплены между собой соединительным элементом, выполненным из материала трубок, вдоль внешних поверхностей трубок вблизи креплений соединительного элемента расположены лепестки, направленные навстречу друг другу.
Уплотнитель такой конструкции может иметь прорези на жесткой плоской основе рамы, в которых параллельно полке закреплены пластины, причем ширина и толщина пластин соответствует ширине и толщине полки, на пластине закреплен отрезок прокладки из эластичного полимерного материала, содержащей две трубки, по всей длине скрепленные между собой соединительным элементом, выполненным из материала трубок, причем вдоль внешних поверхностей трубок вблизи креплений соединительного элемента расположены лепестки, направленные навстречу друг другу и охватывающие пластину.
Для решения поставленной задачи предложены также варианты устройства для получения листовых полимерных материалов, содержащие полимеризационную форму, образованную параллельно расположенными формующими подложками и уплотнителем для полимеризационной формы, помещенным между формующими подложками по их периметру, и скрепляющие формующие подложки запирающие средства.
В одном из этих вариантов предложено устройство для получения листовых полимерных материалов, содержащее полимеризационную форму, образованную параллельно расположенными формующими подложками и уплотнителем для полимеризационной формы, помещенным между формующими подложками по их периметру, и скрепляющие формующие подложки запирающие средства, причем уплотнитель выполнен в виде рамы с проходом для ввода полимеризационной смеси, расположенным на одной из ее сторон, рама включает жесткую плоскую основу и прокладку из эластичного полимерного материала, отличающееся тем, что прокладка представляет собой трубку с двумя параллельно расположенными лепестками вдоль внешней поверхности, и лепестки охватывают жесткую плоскую основу по внутреннему периметру.
В другом варианте предложено устройство для получения листовых полимерных материалов, содержащее полимеризационную форму, образованную параллельно расположенными формующими подложками и уплотнителем для полимеризационной формы, помещенным между формующими подложками по их периметру, и скрепляющие формующие подложки запирающие средства, причем уплотнитель для полимеризационной формы выполнен в виде рамы с проходом для ввода полимеризационной смеси, расположенным на одной из ее сторон, рама включает жесткую плоскую основу и прокладку из эластичного полимерного материала, отличающееся тем, что на внутренней боковой поверхности плоской основы рамы по всей ее длине расположена перпендикулярная основе полка, так что рама имеет Т-образное сечение, и на полке по ее длине закреплена прокладка из эластичного полимерного материала, содержащая две трубки, по всей длине скрепленные между собой соединительным элементом, выполненным из материала трубок, причем вдоль внешних поверхностей трубок вблизи креплений соединительного элемента расположены лепестки, направленные навстречу друг другу и охватывающие полку. По периметру рамы могут быть установлены дополнительные прокладки, как описано выше.
Предложены также варианты устройства для получения листовых полимерных материалов, содержащие блок полимеризационных форм, образованных параллельно расположенными теплопроводящими плитами, укрепленными на плитах формующими подложками и уплотнителями для полимеризационных форм, помещенными между формующими подложками по их периметру, средства скрепления элементов блока, систему нагрева и охлаждения.
В одном из этих вариантов предложено устройство для получения листовых полимерных материалов, содержащее блок полимеризационных форм, образованных параллельно расположенными теплопроводящими плитами, укрепленными на плитах формующими подложками и уплотнителями для полимеризационных форм, помещенными между формующими подложками по их периметру, средства скрепления элементов блока, систему нагрева и охлаждения, причем уплотнитель для полимеризационной формы выполнен в виде рамы с проходом для ввода полимеризационной смеси, расположенным на одной из ее сторон, рама включает жесткую плоскую основу и прокладку из эластичного полимерного материала, отличающееся тем, что прокладка представляет собой трубку с двумя параллельно расположенными лепестками вдоль внешней поверхности, и лепестки охватывают жесткую плоскую основу по внутреннему периметру.
В другом варианте предложено устройство для получения листовых полимерных материалов, содержащее блок полимеризационных форм, образованных параллельно расположенными теплопроводящими плитами, укрепленными на плитах формующими подложками и уплотнителями для полимеризационных форм, помещенными между формующими подложками по их периметру, средства скрепления элементов блока, систему нагрева и охлаждения, причем уплотнитель для полимеризационной формы, выполнен в виде рамы с проходом для ввода полимеризационной смеси, расположенным на одной из ее сторон, рама включает жесткую плоскую основу и прокладку из эластичного полимерного материала, отличающееся тем, что на внутренней боковой поверхности плоской основы рамы по всей длине расположена перпендикулярная основе полка, так что рама имеет Т-образное сечение, и на полке по ее длине закреплена прокладка из эластичного полимерного материала, содержащая две трубки, по всей длине скрепленные между собой соединительным элементом, выполненным из материала трубок, причем вдоль внешних поверхностей трубок вблизи креплений соединительного элемента расположены лепестки, направленные навстречу друг другу и охватывающие полку. По периметру рамы могут быть установлены дополнительные прокладки, как описано выше.
Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения, является повышение качества получаемого листового полимерного материала за счет обеспечения стабильности заданных размеров листового материала.
Сущность изобретения иллюстрируется приложенными фигурами 1-5. На фиг.1 изображен общий вид конкретного выполнения уплотнителя для полимеризационной формы; на фиг.2 - поперечный разрез участка полимеризационной формы первого варианта заявленного устройства для получения листовых полимерных материалов, содержащей уплотнитель и прокладку по первому варианту; на фиг.3 - поперечный разрез участка полимеризационной формы второго варианта заявленного устройства для получения листовых полимерных материалов, содержащей уплотнитель и прокладку по второму варианту; на фиг.4 - поперечный разрез участка полимеризационной формы второго варианта заявленного устройства для получения листовых полимерных материалов, содержащей уплотнитель и прокладку по второму варианту с установленными по периметру рамы дополнительными прокладками; на фиг.5 - общий вид установок, являющихся конкретным воплощением устройства для получения листовых полимерных материалов по третьему и четвертому вариантам.
В соответствии с фиг.1 уплотнитель выполнен в виде рамы, включающей жесткую основу 1 и закрепленную на ней прокладку из эластичного полимерного материала 2. Рама на одной из сторон имеет проход 3 для ввода полимеризационной смеси. В качестве материала для прокладки можно использовать, например, резину, поливинилхлорид, полиэтилен, фторопласт. Для придания большей жесткости раме ее края в области прохода 3 соединены замковым устройством 4, углы жесткой основы 1 по наружному периметру дополнительно скреплены оголовками 5, к которым с трех сторон присоединены штанги 6, а с четвертой стороны над проходом присоединена траверса 7 с проушинами 8. Проушины устанавливаются для удобства установки уплотнителя между формующими подложками при сборке полимеризационных форм, снятия готового блока органического стекла и подачи последнего на дальнейшую обработку.
Уплотнитель по первому варианту (фиг.2) содержит раму, жесткая основа 1 которой является плоской, а закрепленная на ней прокладка представляет собой трубку 9 с двумя параллельно расположенными лепестками 10 вдоль внешней поверхности трубки. Лепестки 10 охватывают жесткую плоскую основу 1 по внутреннему периметру. Уплотнитель размещен между двумя формующими подложками 11, например листами силикатного стекла.
Уплотнитель по второму варианту (фиг.3) содержит раму, основа которой имеет Т-образное сечение, образованное плоской частью основы 1 и полкой 12, расположенной по всей длине основы перпендикулярно ее внутренней боковой поверхности. На полке 12 по ее длине закреплена прокладка из эластичного полимерного материала, содержащая две трубки 9. Трубки 9 по всей длине скреплены между собой соединительным элементом 13, выполненным из материала трубок. Вдоль внешних поверхностей трубок 9 вблизи креплений соединительного элемента 13 расположены лепестки 10. Лепестки 10 направлены навстречу друг другу и охватывают полку 12.
Прокладки предложенных конструкций, закрепленные на жесткой основе, не перекашиваются при сжатии формующих подложек в процессе сборки полимеризационных форм.
Уплотнитель по второму варианту может также (фиг.4) содержать на плоской части основы 1 прорези 14, в которых параллельно полке 12 закреплены пластины 15. Ширина и толщина пластин 15 соответствует ширине и толщине полки 12. На пластине 15 закреплен отрезок прокладки из эластичного полимерного материала той же конструкции, что и основная прокладка: она содержит две трубки 9, по всей длине скрепленные между собой соединительным элементом 13, выполненным из материала трубок, и вдоль внешних поверхностей трубок 9 вблизи креплений соединительного элемента 13 расположены лепестки 10, направленные навстречу друг другу и охватывающие пластину 15. Установка по периметру рамы дополнительных прокладок, например, по две на каждую сторону, усиливает эффект предотвращения перекоса прокладок.
Выполнение уплотнителей с жесткой основой обеспечивает получение листового материала со стабильными заданными габаритами.
В соответствии с фиг.2-4 два первых заявленных варианта устройства для получения листовых полимерных материалов содержат полимеризационную форму, образованную параллельно расположенными формующими подложками 11 и уплотнителем для полимеризационной формы, помещенным между формующими подложками, и скрепляющие формующие подложки запирающие средства (на фигурах не показаны). Уплотнители могут иметь вышеописанные конструкции.
Описанное устройство работает следующим образом. Для получения органического стекла на лист силикатного стекла укладывают уплотнитель, сверху накрывают вторым листом силикатного стекла. Полимеризационную форму калибруют на заданную толщину получаемого органического стекла с помощью калибрующих устройств, которые размещают между силикатными стеклами, и скрепляют стекла запирающими средствами. В собранную таким образом полимеризационную форму через проход 3 уплотнителя заливают подготовленную мономерную смесь и проход герметизируют свободными концами прокладки. Калибрующие устройства вынимают. Подготовленное таким образом устройство помещают в ванну с теплоносителем, например с водой, или в термошкаф. Температурный режим полимеризации выбирают исходя из выбранного инициатора и толщины получаемого полимерного материала. После охлаждения полимеризационную форму разбирают и извлекают органическое стекло.
В соответствии с фиг.5 два других заявленных варианта устройства для получения листовых полимерных материалов содержат блок полимеризационных форм. Полимеризационные формы образованы параллельно расположенными теплопроводящими плитами 16, укрепленными на плитах формующими подложками 11 и уплотнителями для полимеризационных форм 17. Уплотнители 17 помещены между формующими подложками 11. К патрубкам для входа и выхода теплоносителя в плитах присоединены трубопроводы 18 и 19, которые соединены с насосом и системой подогрева и охлаждения теплоносителя (на фиг.5 не показаны). Соединить полимеризационные формы в блок можно различными способами, например, запирающими средствами 20, скрепляющими соседние теплопроводящие плиты 16, и стягивающими штангами 21. Количество полимеризационных форм в блоке может быть различным, в зависимости от желаемого масштаба и возможностей производства. В качестве формующих подложек можно использовать, например, силикатное стекло, полимерные пленки. Уплотнители 17 могут иметь вышеописанные конструкции. В проходах 3 уплотнителей 17 установлены узлы подачи 22 для ввода полимеризуемой смеси в полимеризационные формы. Узлы подачи 22 соединены коммуникациями с заливочным коллектором 23 с фильтром 24 на линии, по которой в коллектор поступает исходная полимеризуемая смесь, например, из обычного реактора (на чертежах не показан).
Описанное устройство работает следующим образом. Полимеризационные формы калибруют на заданную толщину получаемого полимерного материала с помощью калибрующих устройств, которые размещают между плитами. Соединяют полимеризационные формы в блок запирающими средствами 20, скрепляющими соседние теплопроводящие плиты 16, и стягивающими штангами 21. Одновременно готовят полимеризуемую смесь, включающую мономер, необходимые добавки и инициатор. Компоненты смеси и их соотношение подбирают в зависимости от типа получаемого полимерного материала, его толщины и требуемых характеристик. Смесь через фильтр 24, коллектор 23 и узлы подачи 22 подают в полимеризационные формы. После заполнения форм их отключают от системы подачи мономера и подают в формы нейтральный газ (например, азот) для компенсации усадки содержимого формы в результате полимеризации. Температурный режим полимеризации выбирают, исходя из выбранного инициатора и толщины получаемого полимерного материала. Необходимый температурный режим создают подачей насосом во внутренние полости теплопроводящих плит 16 теплоносителя из систем подогрева и охлаждения. Полимеризация сопровождается загустеванием массы и ее усадкой. По мере усадки производят поджатие форм. По окончании полимеризации формы охлаждают до 30-40°С, освобождают стягивающие штанги 21, запирающие средства 20 и, раздвигая теплопроводящие плиты 16, извлекают готовые листы полимерного материала.
Листы полимерного материала, полученные с использованием описанных устройств, характеризуются высоким качеством. Использование для герметизации полимеризационных форм заявленных уплотнителей, выполненных в виде рамы, включающей жесткую основу и закрепленную на ней по внутреннему периметру заявленную прокладку из эластичного полимерного материала, обеспечивает получение на описанных установках листовых полимерных материалов со стабильными заданными размерами. Закрепленные на жесткой основе прокладки заявленной конструкции не перекашиваются при сжатии формующих подложек в процессе сборки полимеризационных форм, что исключает получение листовых полимерных материалов с разной толщиной по краям. Поэтому при обрезке листов образуется минимальное количество отходов, что делает производство листовых материалов с использованием описанных устройств экономически выгодным.