СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD TO PRODUCE ARTICLES FROM POLYMER MATERIALS

Изобретение относится к технологии получения изделий из полимерных материалов и может быть использовано в машиностроении для получения изделий на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена различного функционального назначения.
Известен способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе полимеров, включающий смешивание компонентов, холодное прессование заготовок, последующее спекание в закрытой форме при заданных температуре спекания и времени спекания, обеспечивающее натяг в результате теплового расширения заготовки, и последующее охлаждение в форме (патент РФ №2266925, МПК C08J 5/00; В29С 43/56, публикация 2005 г.).
Данный способ пригоден, только если перерабатываемые полимерные материалы находятся в порошкообразном виде.
Известен способ получения двухслойного материала, в котором один из слоев выполнен из резины, а второй - из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, заключающийся в том, что осуществляют совместное спекание порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена и резиновой смеси, а затем производят совместное прессование двух слоев (патент РФ №2052357, МПК В32В 25/08, публикация 1996 г.).
Известен способ получения пластин из двухслойного материала, в котором один из слоев также выполнен из резины, а второй - из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, заключающийся в том, что предварительно производят холодное формование наполненного сверхвысокомолекулярного полиэтилена, при этом порошок композиционного материала засыпают в пресс-форму и выдерживают под давлением 10-50 МПа при 20°С в течение 5 мин, а затем осуществляют спекание полученной холодной заготовки с резиной в пресс-форме под давлением 7,5 МПа при температуре 140-180°С в течение 30 мин. (патент РФ №2072921, МПК В32В 25/08, публикация 1997 г.).
Получаемый известными способами материал может использоваться только как облицовочный, поскольку между слоями резины и сверхвысокомолекулярного полиэтилена недостаточная твердость поверхности для триботехнического применения.
Известен способ изготовления полимерных деталей трения скольжения из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, включающий и последующую механическую доводку размеров полимерной детали, при этом исходный порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена подвергают термической обработке в сверхкритическом диоксиде углерода при температуре 40-140°С и удельном давлении 15-25 МПа в течение 2-4 ч перед прессованием из него полимерной детали (патент РФ №2300537, МПК C08J 5/16; C08L 23/06; В29С 43/00; публикация 2007 г.).
Детали, изготовленные полностью из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, обладают невысокой величиной поверхностной твердости и имеют низкую термостойкость (рабочая температура не более 80°С).
Целью предлагаемого изобретения является создание способа изготовления изделий из полимерных материалов, обладающих повышенными прочностными характеристиками и высокой износостойкостью.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.
Способ изготовления изделий из полимерных материалов включает предварительное холодное формование заготовки изделия из исходного порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена, последующее прессование заготовки изделия при температуре 190°С и удельном давлении 10-15 МПа, после чего полученное изделие помещают в нагретом состоянии в литьевую пресс-форму, в которую впрыскивают ламинирующий слой полиоксиметилена при температуре 230°С, после чего изделие охлаждают и выталкивают из литьевой пресс-формы.
На чертеже (фиг.1-3) представлены стадии получения изделий в соответствии с предложенным способом.
Способ включает предварительное холодное формование из исходного порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена заготовки-таблетки 1 (фиг.1). Затем из прессованной холодной заготовки в пресс-форме 2 (фиг.2) при температуре 190°С и давлении 10-15 МПа (время выдержки зависит от требуемой толщины изделия) получают изделие - («сердечник») 3 (фиг.2-3). Далее полученное изделие («сердечник») помещают в горячем виде в литьевую пресс-форму 4 (фиг.3), куда осуществляют впрыск полиоксиметилена 5 (фиг.3) при температуре 230°С для образования ламинирующего слоя 6 (фиг.3). Затем готовое изделие охлаждается и выталкивается из пресс-формы.
В таблице приведены физико-механические и эксплуатационные характеристики полимерных материалов СВМПЭ и ПОМ, а так же составного изделия типа «пластина», выполненное предлагаемым комбинированным способом, т.е. из СВМПЭ с ламинированным слоем из ПОМ. Здесь использовалось полимерное сырье ф.Тикона; СВМПЭ GUR 4150 (мол. массой 7,3 млн., теплостойкость по Вика - 80°С) и ПОМ «Хостаформ» 2521 G., (теплостойкость по Вика - 140°С).
Т=25°С
Т=115°С
Характеристики
СВМПЭ
ПОМ
Составное Изделие
СВМПЭ
ПОМ
Составное изделие
Предел текучести; Н/мм<sup>2</sup>
25
44
-
14
44
-
Модуль упругости; МПа
680
2100
1400
360
2100
1100
Твердость (по Шору D)
50
70
67
38
67
67
Коэффициент трения
0,08
0,13
0,13
-
0,13
0,13
Износостойкость поверхности (по кварцевому песку); мин/мм<sup>3</sup>
18,4
1,6
1,6
1,1
2,3
2,3
Видно, что у полученного изделия «пластина» даже при температуре 25°С показатели жесткости и твердости поверхности выше, чем у материала основы - СВМПЭ, а при температуре 115°С пластина из чистого СВМПЭ уже теряет работоспособность, в то время как составное изделие сохраняет хорошую жесткость, твердость поверхности и износостойкость при истирании.
Предложенный способ позволяет получать составные композиционные изделия, внутренняя часть которых состоит из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, а внешняя - из полиоксиметилена.
Такие изделия значительно более легкие, чем выполненные полностью из полиоксиметилена, и имеют более высокие показатели твердости, износостойкости, чем изделия, изготовленные полностью из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.