RU1836042C - Способ изготовлени щетинных изделий - Google Patents

Abstract

(Использование: щетино-щеточное производство . Сущность изобретени : способ изготовлени  щетинных изделий, состо щих из держател  и зафиксированных в нем щетинных элементов из термопластичного синтетического материал-а путем выполнени  в держателе гнезда дл  размещени  нерабочих концов щетинных элементов, расплавлени  нерабочих концов щетинных элементов с образованием утолщени  при уменьшении, при этом их длины и закреплени  утолщени  в гнезде держател . Гнездо держател  выполн ют по высоте с переменным сечением, нижние участки которого выполн ют с поперечным сечением, меньшим, чем поперечное сечение утолщени , утолщение и/или стенки гнезда нагревают до температуры стыковки, при которой термопласты наход тс  в энтронийноупругом со- сто нии, лежащей в пределах между температурой затвердевани  и температурой текучести в случае выполнени  гнезда и утолщени  из атмосферных термопластов, и температурой затвердевани  и температурой плавлени  кристаллита в случае выполнени  гнезда и утолщени  из частично кристаллических термопластов, а закрепление утолщени  в гнезде осуществл ют в этом состо нии за счет тепловой деформации . В з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к щетино-ще- точному производству.

Со времени по влени  термопластичных синтетических материалов и их использовани  в издели х из щетины не было недостатка в попытках к тому, чтобы использовать термопластичные свойства таких синтетических материалов дл  того, чтобы закрепл ть щетинки на держателе щетины. np|i этом, в частности, действовали таким образом, что пучок щетинок расплавл ли на его| конце со стороны закреплени , так что обр азовывалось утолщение, которое затем использовалось дл  закреплени  в держателе щетины. Так, например,  вл етс  известны (описание изобретени  к патенту США

№ 26634316) изготовление грубой кисти за счет того, что пучок щетинок ввод т в снабженное задним вырезом проходное отверстие ручки и расплавл ют на его введенном конце с задней стороны. Вслед за тем рэс- плавле нный материал щетинок равным образом вытесн ет с задней стороны в задний вырез. После охлаждени  пучок щетинок прочно зафиксирован в держателе.

В основе изобретени  лежит задача предложить способ, при котором возможно соединение щетинок из термопластичного синтетического материала с производными держател ми щетины при минимальной потребности во времени.

со

СА) О О

ю

ы

Согласно изобретению эта задача решаетс  за счет того, что отверсти  в держателе щетины выполн ют со свободным поперечным сечением, по меньшей мере, по зонам меньшим, чем поперечное сечение утолщений на концах щетинок, и что утолщени  и/или стенку отверстий нагревают до температуры стыковки, лежащей между температурой застывани  и температурой текучести в случае аморфных термопластов, соответственно между той температурой и температурой плавлени  кристаллита при частично кристаллических термопластах, соответственно удерживают при той температуре стыковки, при которой термопласты наход тс  в энтропийноупругом состо нии, и в этом состо нии утолщени  вставл ют в отверсти  за счет тепловой деформации.

В противоположность уровню техники дл  процесса соединени  в изобретении используют не пластическую характеристику синтетического материала выше температуры плавлени  кристаллита или текучести, а так называемую энтропийную упругость (термоупругость) всех термопластичных синтетических материалов выше той температуры (температуры застывани ), при которойзастываетмолекул рное ориентирование, но ниже той температуры (температуры текучести в случае аморфных термопластов, соответственно температуры плавлени  кристаллита при частично кристаллических термопластах), при которой молекул рное соединение настолько ослабл етс , что термопласт начинает течь и уже молекул рно более не восстанавливаетс . Если термопластичный синтетический материал нагревают до такой температуры стыковки выше температуры застывани , то его можно деформировать при относительно малых услови х. При охлаждении термопласт вследствие молекул рной переориен- тации вновь пытаетс  прин ть первоначальную форму. Согласно изобретению возникающие при этом изменение формы используют дл  процесса соединени  щетинок и держател  щетины. При этом в детал х поступают следующим образом:

Щетинки при одинарном или комплексном расположении сначала расплавл ют на их концах со стороны закреплени . При этом известным образом первоначально выт нута  молекул рна  структура переходит в скрученную молекул рную структуру, привод щую Нри уменьшении длины щетинок к утолщению, на конце со стороны закреплени . При охлаждении эта структура сохран етс , причем температура застывани  (при нагреве также вызываема  температурой разм гчени ) в случае аморфных термопластов находитс  выше температуры перемещени , при частично кристаллических термопластах - ниже нее. Если щетинки их утолщением.вставл ютс  в отверсти  на де- ржателе щетины под давлением или при т - .ге при повышенной температуре, в любом случае выше температуры застывани  и преимущественно немного ниже температуры текучести (при аморфныхтермопластах), соответственно в зоне температуры плавлени  кристаллита (при частично кристаллических термопластах), то утолщение при прохождении сужени  поперечного сечени  отверсти  при создании внутренних напр жений претерпевает изменение формы вследствие термоупругости синтетического материала. При охлаждении материала в зоне утолщени  при сн тии внутренних напр жений пытаетс  вновь прин ть первоначальную форму утолщени  (релаксации ), чему преп тствует сужение поперечного сечени . За счет этого внутренние напр жени  по меньшей мере частично сохран ютс , и они используютс  в качестве усилий зажима дл  щетинок в отверстии держател  щетины. Этот эффект возникает независимо от материала держател  щетины, так что ,дл  него могут использоватьс  произвольные материалы. Если также держатель щетины состоит из термопласта, то также до повышенной температуры может нагреватьс  лишь стенка отверсти . В этом случае релаксаци  стенки отверсти  обеспечивает зажим щетинок, соответственно их утолщени . При таком спаривании материалов до температуры стыковки могут нагреватьс  также оба элемента, следовательно утолщение на концах щетинок и стенка отверсти . Во всех случа х речь

5

0

5

0

5

0

5

0

5

идет о тепловой деформации-.

Таким образом достигают прочную посадку щетинок в держателе щетины. Большое преимущество способа согласно изобретению состоит в том, что расплавление концов щетинок дл  образовани  утолщени  может осуществл тьс  при операции способа, отделенной от собственного процесса соединени , и собственное соединение осуществл ют при низкой температуре, чем температура текучести, так что дл  окончательного охлаждени  до достаточно низкой температуры манипулировани  с изделием требуетс  преодолеть существенно меньшую разность температур и отпадает необходимый в иных случа х отвод теплоты направлени , что приводит к значительному уменьшению времени такта машины дл  собственного процесса соединени .

Ниже приведены определ ющие температуры дл  отдельных термопластов (см. рблицу),

Температуру стыковки щетинок и де- ожател  щетины будут устанавливать с слу- Мае выбора пары материалов термопласт термопласт держател  щетины и щетинок треимущественно в зоне более низкого значени  КТ, соответственно, ГТ, обоих участвующих партнеров по стыковке и тем самым использовать в первую очередь изменение формы этого партнера по стыковке. Так, на- лример, при щетинках из РА (полиамида) с рчень высокой температурой плавлени  фисталлита 265°С и держателе щетины из ЭР (полипропилена) при температуре сты- ховки, лежащей вблизи от него точки плавлени  кристаллита 165°С, было достигнуто превосходное фиксирование щетинок. EC- JIM, напротив, держатель щетины.состоит из жесткого материала, не показывающего термоупругие свойства в рассматриваемом здесь температурном диапазоне, то темпе- эатуру стыковки нужно устанавливать в со- этветствии с участвующим термопластом детинок, при РА, следовательно, в диапазоне 265°С. В общем дал.ее можно сказать, что наибольшие изменени  формы могут дости- атьс  при частичнокристаллических термо- тластах в диапазоне КТ, при аморфных термопластах, напротив, в среднем диапа- |зоне между ЕТ и ГТ.

Согласно одной форме осуществлени  изобретени  предусмотрено, что дл  щетинок используют термопласт, имеющий при температуре стыковки большее сопротивление деформации, чем термопласт, использу- эмый дл  держател  щетинок.

При этом осуществлении, следовательно , как в названном выше примере матери- |элов, в основном используют лишь изменение формы и релаксацию материала держател  щетины.

Вместо этого согласно другому примеру зсуществлени  может предусматриватьс , ITO дл  держател  щетины используют тер- иопласт, имеющий при температуре сты- совки большее сопротивление деформации, ем термопласт, используемый дл  щетинок . В этом случае изменение формы.огра- ничиваетс  в основном утолщением на онцах щетинок со стороны закреплени .

Вы вилось то, что при способе согласно изобретению также могут использоватьс  ержатели щетины из полностью других ма- ериалоо, например, из дерева илитерморе- ктивных пластмасс. Также там происходит езупречное фиксирование щетинок. При этом всегда получаетс  герметическое замыкание . При жестком держателе щетины,

например, из дерева или термореактивной пластмассы, в качестве сужени  поперечного сечени  могут  витьс  достаточными шероховатости поверхности, в котор ые 5 проникает термопластичный синтетический материал щетинок за счет релаксации.

Про вило себ  далее, в качестве предпочтительного , когда процесс стыковки производ т с таким образом повышенной 0 скоростью, что врем  стыковки меньше времени релаксации участвующего, соответственно участвующих, термопласта(ов). При этом изобретением используетс  тот факт, что сопротивление деформации при росте

5 скорости деформации равным образом увеличиваетс , то есть, партнер по стыковке представл етс  более твердым, чем он должен был бы быть на основании его температуры . Таким образом, например, возможно

0 вставл ть утолщение на концах щетинок в держатель щетины через сравнительно короткое врем  после расплавлени .

При предпочтительном осуществлении способа предусмотрено, что отверсти  на

5 держателе щетины в зоне кра  отверсти  выполнены с большим свободным попереч-. ным сечением, чем утолщение на концах щетинок, и, примыка  к этому, с поперечным сечением, уменьшающимс  до самого

0 узкого поперечного сечени .

За счет большего поперечного сечени  отверстий в зоне кра  отверсти  и его посто нного сужени  до самого узкого поперечного сечени  возникает некоторого рода

5 вводной скос, облегчающий ввод утолщени  в отв-ерсти.е и при определенных обсто тельствах могущий служить дл  приема вытесненного материала.

Если отверсти  согласно следующему

0 примеру осуществлени  изобретени  снабжены в направлении ввода щетинок позади самого узкого поперечного сечени  расширением поперечного сечени , то обьем позади самого, узкого поперечного сечени 

5 может служить дл  релаксации деформированного ранее утолщени . Таким образом получаетс  надежное геометрическое замыкание .

Следующее осуществление способа со0 гласно изобретению отличаетс  тем, что край отверстий на держателе щетины после вставлени  щетинок наформовывают на них.

За счет этого прежде всего получают

5 свободную от отверстий, соответственно углублений , поверхность, эффективно защи: щающую от загр знений. При выглаживании поверхности может также прижиматьс  возможно слишком сильно вытесненный назад материал утолщений.

Исход  из названного вначале способа, задачу изобретени  можно решить также за счет того, что утолщени  на концах щетинок и стенку отверстий равным образом состо щего из термопласта держател  щетины нагревают до температуры стыковки, лежащей между температурой застывани  и температурой текучести при аморфных термопла- стах, соответственно лежащей между той температурой и температурой плавлени  кристаллита при частично кристаллических термопластах, соответственмс удерживают при этой температуре стыковки, .при которой термопласты наход тс  в энтропийно- упругом состо нии, и в этом состо нии утолщени  ввод т в отверсти  и раздают на дне отверсти  при тепловой деформации стенки отверсти  наружу.

При этом используют те же эффекты за счет того, что после раздачи утолщени  на дно отверсти  стенка отверсти  сначала расшир етс  и затем при зажиме деформированного утолщени  релаксирует,

Принципиально дл  держател  щетины можно использовать любую произвольную геометрию. Однако дл  осуществлени  способа согласно изобретению в качестве предпочтительного про вил себ  держатель щетины, отличающийс  тем, что он образован из несущей части в форме плитки с вы- , ступающими из нее на стороне щетины или на задней стороне надставками в форме втулки, и что отверсти  на держатё е щетины , принимающие щетинки, по меньшей мз- ре на большей части их осевого прот жени , наход тс  внутри надставок. .

форме осуществлени  стенку отверсти  вследствие меньшей ее толщины можно быстрее нагреть до требуемой тем- . пературы стыковки, чём при массовом держателе щетины.

На фиг. 1, 2, 3, 4 -схематически изображено осуществление способа при первой форме исполнени ; на фиг, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 - схематически изображено прохождение способа при втором варианте исполнени ; на фиг, 12 - изображен вариант держател  щетины, согласно фиг. 1; на фиг. 13, 14, 15 - схематически изображено осуществление способа при третьем варианте исполнени ; на фиг. 16,.,7, 18, 19, 20 - различные формы выполнени  держател  щетины дл  осуществлени .способа.

На фиг. 1 показан пучок щетинных элементов 1 с большим числом щетинок 2 из термопласта, имеющий на конце 3 со стороны закреплени  утолщение 4. Далее показан вырез из держател  щетины 5 с отверстием 6. Отверстие 6 имеет по меньшей мере по зонам - в изображенном примере осуществлени  на больщей частоте его длины - свободное поперечное сечение, соответственно диаметр di,  вл ющийс  меньшим, чем поперечное сечение, соответственно диаметр da, утолщени  4 на конце 3

пучка щетинок 1 со стороны закреплени .

Далее отверстие 6 имеет расширенный край

7, который Kaj описываетс  далее, прежде

всего служит в качестве входного скоса дл 

0 утолщени  4.

Утолщение 4 на конце 3 пучка щетинок 1 со стороны закреплени  получают за счет того, что свободные концы щетинок расплавл ют термически или-за счет ультразву5 ка, благодар  щетинки уменьшаютс  по их длине и расплав собираетс , стека сь, в гранулу расплава, принимающую приблизительно круглую форму и сохран ющую ее при охлаждении. При аморфных термопла0 стах плавление происходит при достижении температуры текучести, при частично кристаллических термопластах в зоне температурыплавлени  кристаллита. Образующа с  в утолщении молекул рна 

5 структура при достижении определенной температуры, котора  в случае частично кристаллических термопластов более или менее превышает температуру помещени , застывает. В диапазоне между температу0 рой текучести и температурой застывани  . утолщение еще  вл етс  хорошо демпфируемым за счет усилий деформировани  вследствие его энтронийноупругих свойств. В этом состо нии пучок щетинок 1 ввод т

5 его концом 3 со стороны закреплени  в от- версти  6 на держателе щетины 5.

При показанном на фиг. 1 примере осуществлени  также держатель щетины 5 состоит из термопласта, преимущественно

0 такого термопласта, сопротивление деформации которого при повышенной температуре стыковки меньше, чем сопротивление деформации материала щетинок. Отверсти  6, соответственно стенку отверсти , нагре5 ваютдо повышенной температуры, котора  - в зависимости от вида термопласта - в любом случае находитс  ниже температуры текучести, соответственно температуры плавлени  кристаллита. Вслед за тем пучок

0 щетинок 1 с утолщением 4 вставл ют, соответственно вталкивают в отверстие 6 (фиг. 2), причем утолщение 4 начинает деформироватьс  на конце входного скоса 7 и одновременно стенка отверсти  6 термоупруго

5 подаетс  и несколько деформируетс  вниз. Вследствие этой термоупругости материала держател  щетины и большего сопротивлени  деформации материала щетинок материал стенки отверсти  вытесн етс  вверх, и утолщение, наконец, попадает на дно 8 отвврсти . Благодар  термоупругим свойствам и различным сопротивлени м деформации утолщение 4 вновь занимает начальную форму, тогда как стенка отверсти  вследствие релаксации материала держател  щетины плохо охватывает утолщение 4 (фиг, 4). В этом положении пучок щетинок 1 прочно зафиксирован в держателе щетины 5. На фиг. 5 описана друга  форма осуществлени  при ее технологическом прохождении . Здесь щетинки 2 расплавл ют на их концах с образованием утолщени  9, которое при последующей рабочей операции (иг. 6) деформируют в цилиндрическую концевую часть 10, при этом, например, пу- щетинок 1 вт гивают обратно в матрицу 1:1 (фиг. 6). Держатель щетины 5 имеет в этом случае цилиндрическое отверстие 12, имеющее приблизительно такое же поперечное сечение, что и цилиндрическа  концева  часть 10 на пучке щетинок 1. Стенку отверсти  вновь нагревают до температуры ниже температуры текучести, соответственно плавлени  кристалла. Цилиндрическа  к-энцева  часть 10 на пучке щетинок 1 находитс  при повышенной температуре. Пучок щетинок 1 его цилиндрической концевой ча- сгью 10 с преимущественно повышенной скоростью вталкивают в отверстие 12 (фиг. 8 и 9). При попадании цилиндрической концевой части 1Q на дно 13 отверсти  12 концевую часть 10 раздают и деформируют показанным на фиг. 10 образом, причем ма- т|эриал держател  щетины 5 непосредственно над дном 13 отверсти  12 термоупругого поддаетс  и частично выходит вверх. Также здесь преимущественно сопротивление деформации материала держател  щетины меньше, чем сопротивление деформации материала щетинок, так что деформированна  при раздаче концева  деталь 14 сохран ет свою .форму и в окончательно охлажденном состо нии прочно зажата в Материале держател  щетины (фиг. 10, 11). На фиг. 12 показана форма выполнени  держател  щетины с дугой формой отверсти . Отверстие имеет входной скос 7 аналогично скосу на фиг. 1. Оно имеет примыкающий к нему цилиндрический участок 15, диаметр которого приблизительно Соответствует диаметру утолщени  4, Через ступень сюда примыкает следующий цилиндрический участок 16, суженный в попереч- riOM сечении по сравнению с утолщением 4. За счет нагрева стенки отверсти  и повышенной температуры на утолщение 4 вновь происходит процесс стыковки, в конце его достигаетс  изображенное на фиг. 13 положение . Вслед за тем в этом примере осуществлени  вытесненный вверх материал 17

держ-ател  щетины наформовывают с по- : мощью формовочного инструмента 18. так что образуетс  гладка , при определенных обсто тельствах снабженна  углублени ми 5 19 поверхность на держателе щетины 5(фиг. 14, 15).

На фиг. 16 и 17 показаны следующие формы осуществлени  держател  щетины 5. При форме осуществлени  согласно фиг. 16 0 получаетс  сужение поперечного сечени  . отверсти  20 по сравнению с непоказанным утолщением на пучке щетинок за счет конического прохождени  стенки отверсти  21. При .этом поперечное сечение может соот5 ветствовать во входной зоне поперечному сечению утолщени  и затем посто нно становитс  меньше. В примере осуществлени  согласно фиг. 17 вновь предусмотрены входной скос 7, с примыканием к нему суже0 ние поперечного сечени  22 и вслед за тем вновь расширение поперечного сечени  23, На фиг. 18 показан держатель щетины 5 из жесткого также при повышенной температуре материала, например, из дерева или

5 металла. Он может снабжатьс  произвольно нанесенными или заданными материалом шероховатост ми поверхности 24 в зоне стенки отверсти  25. Если утолщение 5 пучка щетинок ввод т в отверстие 25 при тем0 пературе немного ниже температуры текучести, соответственно температуры плавлени  кристаллита, то утолщение деформируетс  термоупругим образом и ре- лаксирует в шероховатости поверхности 24.

5 В примере осуществлени  согласно фиг, 19 и 20 держатель щетины 5 выполнен в форме плитки и оснащен надставками 26 в форме втулки на его задней стороне или надставками 27 в форме втулки на его сто0 роне щетины, причем отверстие 28, 29 дл  фиксировани  пучка щетинок в значительной степени находитс  внутри надставки 26, 27 в форме втулки. Также здесь нагревают стенку отверсти  до повышенной темперэ5 туры и вставл ют пучок щетинок описанным выше образом. .

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и   1. Способ изготовлени  щетинных изделий , состо щих из держател  и зафиксиро0 ванных в нем щетинных элементов из термопластичного синтетического материа- ла, путем выполнени  в держателе гнезда дл  размещени  нерабочих концов щетинных элементов, расплавлении нерабочих

5 концов щетинных элементов с образованием утолщени  при уменьшении при этом их длины и закреплени  утолщени  в гнезде держател , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  производительности, . гнездо держател  выполн ют по высоте с

переменным сечением, нижние участки которого выполн ют с поперечным сечением меньшим, чем поперечное сечение утолщени , утолщение и/или стенки гнезда нагревают до температуры стыковки, при которой термопласты наход тс  в энтропийноупру- гом состо нии, лежащей в пределах между температурой затвердевани  и температурой текучести в случае выполнени  гнезда и утолщени  из аморфных термопластов, и температурой затвердевани  и температурой плавлени  кристаллита в случае выполнени  гнезда и утолщени  из.частично кристаллических термопластов, а закрепление утолщени  в гнезде осуществл ют в этом состо нии за счет тепловой деформации .

2,Способ по п. 1. о т л и ч а ю щи и с   тем, что щетинные элементы выполн ют из термопласта, имеющего при температуре стыковки большее сопротивление деформации , чем термопласт, из которого выполн ют держатели.

3.Способ поп. 1,отличающийс  тем, что держатель выполн ют из термопласта , сопротивление деформации которого при температуре стыковки больше, чем сопротивление деформации термопласта, из которого выполн ют щетинные элементы.

4. Способ по пп. 1-3, о т л и ч а ю щи й- с   тем, что врем  стыковки утолщени  и гнезда держател  меньше времени релаксации термопластов стыкуемых элементов, 5. Способ по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ и йс   тем, что держатель щетинных элементов и/или щетинные элементы охлаждают непосредственно после стыковки.

6.Способ по пп. 1-6, о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что верхний участок гнезда держател  выполн ют с поперечным сечением большим, чем утолщение щетинного элемента .

7.Способ по пп, 1-6, отличающий- с   тем, что гнездо держател  снабжают в

направлении ввода щетинок позади самого узкого поперечного сечени  расширением поперечного сечени .

8.Способ по пп. 1-7, о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что край гнезда держател  после

закреплени  в нем нерабочих концов щетинных элементов наформовывают на них.

9.Способ поп. 1,отличающийс  тем, что после стыковки уто лщени  и гнезда

утолщение расплющивают на дне гнезда при тепловой деформации с одновременным образованием кольцевого буртика из материала стенок гнезда вокруг щетинных элементов.

.

Температура застывани  / разм гчени  или стекловани / , ЕТ

-125°С

-20°С

+57

Аморфные термопласты Температура застывани  / разм гчени  или стекловани / , ЕТ +80°С +30°С

фиг.1

Фиг

Частично кристаллические термопласты

Температура плавлени  кристаллита ,кт

+135°С +165°С +265°С

Температура текучести/плавлени  ГТ

+ 170о:С +180°С

Ж

/

у/

&. -А

Ч. 11

фиг.5фс/г.6

7Л

тт

10 12 0i/2, 9

фиг. /3

Ъ

/

/

/4

юфиЈ .7

и.

14 13

. //

. /

фаз. /5

20 21

фиг. 16

фаз. f , 29

фиг.(9

22 7

24 25

фаг. 20