СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ УДАРОСТОЙКИХ ПРОЗРАЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ЛИСТОВ
METHOD OF MOULDING IMPACT-RESISTANT TRANSPARENT POLYMER 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 нагревание листа и последующее формование между формующими элементами с использованием изгибающих усилий. При этом формование осуществляют в две стадии. Вначале полимерный лист изгибают до одинарной (цилиндрической) кривизны. Затем гнутый лист защемляют в контурные рамки и формуют до окончательной сложной формы методом пневмо- или вакуум-формования (М.М. Гудимов, Б.В. Перов. Органическое стекло. М., Химия, 1981, с.160).
Недостатком известного способа являются его большие трудоемкость и энергоемкость. Кроме того, известный способ не обеспечивает воспроизводимости результатов формования по геометрическим показателям гнутых полимерных листов из-за использования контурных рамок на второй стадии формования.
Наиболее близким к изобретению является 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 изгибающих усилий путем создания вакуума в одной из полуформ по патенту WO 03/016025, МПК B29C 51/08, опубл. 27.02.2003.
Недостатком известного способа является то, что при его использовании не обеспечивается получение точно заданной сложной кривизны поверхности полимерных листов. Кроме этого, защемление полимерного листа между двумя полуформами неизбежно приводит к значительному растяжению его в процессе формования, а следовательно, к его неравномерному уменьшению толщины по площади листа.
Задачей изобретения является обеспечение получения прозрачных листов из поликарбоната с точно заданной сложной кривизной поверхности без значительного изменения толщины по площади листа.
Для достижения задачи изобретения предложен способ формования прозрачных листов из поликарбоната, включающий размещение листа между формующими элементами, нагревание и последующее формование с использованием изгибающих усилий на нагретый лист, отличающийся тем, что на формующих элементах размещают лист из поликарбоната, в качестве формующих элементов используют силикатные стекла с заданной кривизной поверхности, эквидистантные относительно друг друга, а перед нагреванием создают изгибающие усилия на поликарбонатном листе путем равнораспределенной механической нагрузки.
Использование силикатных стекол с заданной кривизной поверхности, эквидистантных относительно друг друга, в качестве формующих элементов обеспечивает получение прозрачных листов из поликарбоната с точно заданной сложной кривизной поверхности. Это объясняется тем, что при формовании листов из поликарбоната они нагреваются до температуры размягчения, которая составляет 150±5°C, а для органических стекол еще более низкую температуру. При указанных температурах силикатное стекло способно выполнять функцию формующих элементов, так как его температура размягчения находится в области 600°C и выше.
Создание изгибающих усилий на поликарбонатном листе путем равнораспределенной механической нагрузки перед его нагреванием обеспечивает получение цилиндрической кривизны поверхности полимерного листа еще до его нагрева, а после нагревания до температуры его размягчения обеспечивает получение сложной кривизны без значительного изменения толщины по площади поликарбонатного листа. Это объясняется тем, что в предложенном способе края поликарбонатного листа свободно перемещаются по поверхностям силикатных стекол в процессе его формования в отличие от прототипа, где края полимерного листа защемляются между двумя полуформами.
Способ осуществляют следующим образом. На гнутую до заданной сложной кривизны поверхности стеклозаготовку из силикатного стекла размещают лист поликарбоната с заданными толщиной и габаритными размерами через прокладку из байки. Затем на поверхности листа поликарбоната размещают гнутую до заданной сложной кривизны поверхности вторую стеклозаготовку из силикатного стекла через прокладку из байки, при этом вторая стеклозаготовка эквидистантна нижней стеклозаготовке из силикатного стекла на толщину листа поликарбоната. После этого нагружают верхнюю стеклозаготовку из силикатного стекла, например, с помощью емкости с сыпучим материалом с заданным весом. При этом лист поликарбоната изгибается под действием равномерно распределенной нагрузки от верхней стеклозаготовки за счет жесткости силикатного стекла. Собранный таким образом пакет размещают в термостате и нагревают до температуры размягчения поликарбоната. Далее выдерживают указанную температуру в течение времени, необходимого для формования листа поликарбоната до заданной сложной кривизны поверхности, которая задается и определяется кривизной поверхностей стеклозаготовок из силикатного стекла.
Пример 1. Необходимо получить прозрачный лист из поликарбоната с заданной сложной кривизной поверхности. Заданные геометрические размеры полимерного листа: толщина 3±0,2 мм, габариты 1000×705 мм, максимальная стрела прогиба 114 мм.
Используют лист поликарбоната торговой марки «Lеxan», синтезированной фирмой «General Electric Plastics» (US), толщиной 3±0,1 мм, размерами 1100×745 мм. Используют силикатные стекла по ГОСТ Р54170-2010 толщиной 3±0,1 мм, смоллированные до заданной сложной кривизны поверхности с габаритами 1000×705 мм и максимальной стрелой прогиба 114 мм. Для прокладки между стеклозаготовками из гнутых силикатных стекол и листом поликарбоната используют байку по ГОСТ 29298-2005.
2
На деревянной подставке размещают гнутую стеклозаготовку из силикатного стекла таким образом, чтобы ее вогнутая сторона находилась сверху. Затем на вогнутую поверхность стеклозаготовки из силикатного стекла помещают байку, на которую укладывают лист поликарбоната указанных размеров. На лист поликарбоната помещают байку, на которую укладывают вторую стеклозаготовку, эквидистантную первой стеклозаготовке из силикатного стекла на величину толщины листа из поликарбоната. Затем нагружают вторую стеклозаготовку из силикатного стекла путем размещения на ее поверхности мешка из байки с размещенным в нем кварцевым песком с общим весом 65,6 кг или с равнораспределенной механической нагрузкой, равной 0,008 кг/см.
Собранный пакет с деревянной подставкой размещают в термостате и нагревают его до температуры размягчения поликарбоната 150±2°C в течение 1,2 ч, затем выдерживают термостат при указанной температуре в течение 30 мин до полного формования листа поликарбоната между стеклозаготовками из силикатного стекла. После этого охлаждают термостат инерционно до комнатной температуры в течение 12 ч, при этом гнутый лист поликарбоната находится в нагруженном состоянии. В дальнейшем пакет разбирают, полученный гнутый до сложной кривизны поверхности лист поликарбоната передают на участок резки и обработки края для получения изделия. Следует отметить, что можно использовать в качестве изделия как один лист поликарбоната, так и в качестве его составляющего гетерогенную композицию, например, со стеклозаготовкой из силикатного стекла, которая использовалась для его формования.
Пример 2. Необходимо получить прозрачный лист из поликарбоната с заданной сложной 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 такой же, как в примере 1, толщиной 5±0,1 мм с теми же размерами, что и в примере 1. Используют силикатные стекла, полученные по тому же ГОСТу, толщиной 5±0,1 мм, смоллированные до заданной сложной кривизны поверхности с теми же габаритами и максимальной стрелой прогиба, что и в примере 1. Для прокладки между стеклозаготовками из гнутых силикатных стекол и листом поликарбоната используют ту же байку, что и в примере 1.
2
Далее собирают пакет так же, как и в примере 1. Отличие заключается в том, что общий вес кварцевого песка в мешке из байки равен 110 кг, а равнораспределенная механическая нагрузка - 0,0133 кг/см.
После этого операции осуществляют так же, как и в примере 1.
Полученные по примерам 1, 2 изделия из листов поликарбоната со сложной кривизной поверхности отличаются большим соответствием заданной кривизне. Отклонение от заданной кривизны поверхности составило не более 0,1 мм по всей площади изделий. Воспроизводимость результатов формования по геометрическим параметрам изделий составила при этом 95%, а разнотолщинность по всей площади не более 0,2 мм.
Источники информации
1. М.М. Гудимов, Б.В. Перов. Органическое стекло. М.: Химия, 1981, с.160.
2. Патент WO 03/016025, МПК B29C 51/08, опубл. 27.02.2003 - прототип.