Способ и устройство для получения щетинок

Способ и устройство для получения щетинок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу для получения щетинок из термопластичного полимера литьем под давлением, в котором расплав полимера вводят под давлением в формовочный канал для щетинок заданной длины, имеющий заданную форму поперечного сечения по длине и продуваемый при отливке. Изобретение относится также к устройству для осуществления данного способа.

Шерсть животных и натуральные волокна, ранее служившие щетинками для изготовления щеток, кистей и т.п., по существу вытеснены искусственными щетинками, производство которых основано на устоявшейся технологии, принятой для получения синтетических текстильных волокон, а именно на экструзии или формовании. Однако щетинка работает в совершенно иных условиях, нежели бесконечная нить в композитных волокнах. Она отдельна и закрепляется только с одного конца и с точки зрения устойчивости должна рассматриваться как стержень, подвергающийся изгибу и закрепленный одним концом. При работе она подвергается усилиям сжатия, а иногда и растяжения. По сравнению с бесконечными волокнами к ней предъявляются совершенно другие производственные требования в отношении прочности на изгиб, износостойкости при разнонаправленных изгибающих напряжениях, сопротивления потере устойчивости под нагрузкой и восстановления формы после изгибающей деформации.

Поэтому для щетинок экструдируются моноволокна относительно большого диаметра, до нескольких миллиметров. Формование экструзией и через фильеру создает определенную продольную ориентацию молекул в расплаве полимера, чего, однако, недостаточно для получения моноволокна с требуемыми свойствами. Поэтому моноволокно тянут, то есть растягивают под действием определенных тянущих усилий, что обычно требует предварительной вытяжки, последующей вытяжки и, наконец, термостабилизации, которую при необходимости можно повторять. Далее бесконечное моноволокно сматывают, и смотанный продукт при необходимости подвергают дополнительной стабилизации.

Если при производстве щеток бесконечное моноволокно не поступает прямо с бобины, что до сих пор делается редко, то большие количества моноволокна собирают в жгуты, изгибают и режут на отрезки подходящей длины в пределах 60-120 см. Жгуты снова разрезают на отрезки, длина которых немного больше, чем у конечных щетинок. При этом до 30% материала уходит в отходы. Что касается дорогостоящих пластмассовых щетинок, например из полиамидов (нейлона), которые необходимы при изготовлении качественных щеток, например зубных, гигиенических и т.п., то стоимость сырья является самым затратным фактором в цене щеток. Поэтому стоимость экструдированных щетинок значительно возрастает при большом количестве отходов.

В случае щеток за изготовлением щетинок следует их закрепление в щетинкодержателе, которое может осуществляться механическим или термическим путем. Поскольку свободная длина щетинок на этой промежуточной стадии сильно разнится, приходится подрезать и зачастую подвергать отделке щетинки, особенно их концы, чтобы удалить острые режущие кромки. Поскольку к свободным концам рабочих поверхностей щеток, в частности зубных, предъявляются строгие требования, уже на стадии закрепления или после нее приходится придавать плоским поверхностям щетинок четкие контуры. Отходы на этой стадии составляют около 10%. Если к рабочей поверхности щетки, образованной свободными концами щетинок, предъявляются особые требования, как, например, в случае зубных щеток, то эту поверхность следует профилировать уже на стадии закрепления щетинок, либо придать ей соответствующую форму в дальнейшем, что приводит к дополнительным отходам примерно в 10%.

Учитывая, что около 90% мирового потребления щетинок приходится на длины менее 10 см, их изготовление путем вытягивания с последующими операциями обработки чрезвычайно неэкономично ввиду большого объема отходов. Это усугубляется тем обстоятельством, что моноволокна, как правило, изготовляют цилиндрическими, а это ограничивает возможность разнообразить формы щетинок и требует дополнительной обработки для получения других сечений.

Производство литьем под давлением корпусов щеток, ручек щеток и кистей и т.п. из пластмасс утвердилось в промышленности щеток и кистей сравнительно давно с целью использования конструктивных возможностей технологии этого литья. Предпринимались различные попытки получать литьем под давлением корпуса щеток заодно со щетинками. На практике эти способы применяются только для щетинок с самыми низкими параметрами по качеству и прочностным характеристикам, в частности для однократного или непродолжительного использования. У литых щетинок гораздо хуже жесткость на изгиб, прочность при разнонаправленных изгибах и сопротивление продольному изгибу, они плохо восстанавливают форму после изгиба и быстро изнашиваются. По причине применяемого способа литые щетки имеют щетинки сильно выраженной конической формы с относительно большими поперечными сечениями в области основания, которые, таким образом, больше похожи на штифты или шпильки, чем на щетинки. Некоторые известные способы литья под давлением в технологии получения щеток описываются ниже.

Вращающиеся щетки для шлифования и полирования поверхностей состоят из дискообразных щеточных сегментов, получаемых по отдельности литьем под давлением (Патент США № 5903951). Каждый щеточный сегмент содержит центральный несущий диск, из которого щетинки выступают наружу радиально или под определенным углом к направлению вращения относительно радиального направления. Щеточные сегменты состоят из термопластичного или термоэластичного (ТП или ТЭ) полимера, наполненного абразивными частицами. Щетинки имеют длину от 1 см до 5 см и диаметр от 0,25 мм до 10 мм, предпочтительно от 1 мм до 2 мм. В одном варианте выполнения конические щетинки имеют 75 мм в длину, а их диаметр составляет 2 мм у основания и 1,5 мм у вершины. Разъемная литьевая форма состоит из двух пластин, которые на обращенных друг к другу сторонах, образующих одновременно плоскость разъема формы, содержат полости для несущих дисков и щетинок. Расплав полимера с примешанными абразивными частицами впрыскивают под давлением от 690 кПа до 6900 кПа (от 0,69 бар до 69 бар) от центра несущего диска. Предпочтительный диапазон давлений составляет от 2070 кПа до 4830 кПа. Необходимая продувка полости формы происходит в плоскости разъема, т.е. параллельно щетинкам. В результате на оболочке щетинки неизбежно появляются два формовочных шва, простирающихся от основания к вершине. Абразивные частицы вызывают дополнительное сужение малых поперечных сечений в полостях щетинок, и расплав полимера застывает в этих местах слишком быстро, еще до полного заполнения полости щетинки. По этой причине предпочитают литье под давлением в две стадии, при котором вначале впрыскивают в полости щетинок высоконаполненный расплав полимера, а затем впрыскивают до некоторой степени не наполненный расплав полимера. Специалисту средней квалификации известно, что при литье под давлением в полимере практически не происходит ориентация молекул (US 2001/0007161 А1, столбец 1, п.0006). Это приводит к совершенно неудовлетворительной работе щетинок на изгиб, что дополнительно усугубляется примешанными абразивными частицами. Указанное максимальное давление впрыска 6900 кПа (69 бар) существенно снижается ввиду сопротивления потоку в узкой полости формы для формования несущего диска и в следующих далее каналах щетинок, так что у специалиста возникают обоснованные сомнения по поводу осуществимости данного способа.

В Патенте США № 3618154 описан процесс получения зубных щеток литьем под давлением, в котором щетинки запрессовывают в головку щетки в виде пучков. С этой целью состоящая из двух частей машина для литья под давлением, плоскость разъема которой лежит в плоскости головки щетки, содержит со стороны формовочной поверхности головки в основном цилиндрические отверстия. С противоположной стороны в отверстия входят в основном цилиндрические формовочные стержни, образуя своей передней стороной часть формовочной поверхности на содержащей щетинки стороне головки, от которой отходят вдоль образующих щетинок углубления в виде канавок. Эти углубления в виде канавок сужаются от передней поверхности формы к противоположному концу в виде равномерного конуса и заканчиваются в полукруглой чаше на оболочке формовочного стержня, вдоль которой углубления распределены равномерно. Каждое углубление образует со стенкой отверстия в одной части литьевые формы формовочный канал щетинки, который конически сужается от формовочной полости головки щетки к противоположному концу. Продувка каналов осуществляется по всей длине разделительной поверхности между формовочным стержнем и отверстием, также в основном параллельно щетинкам. Поэтому устройство по Патенту США № 3618154 требует высокой точности взаимодействующих поверхностей. Здесь также на каждой щетинке неизбежно получаются два разделительных шва вдоль образующей. Получить щетинки круглого сечения нельзя, потому что углубление в виде канавок в формовочном стержне имеет больший радиус кривизны, чем отверстие. Таким образом, форма сечения получается прерывистой, на ней образуются разделительные швы, которые не поддаются удалению. Вследствие этого поведение щетинки при изгибании в разных направлениях поперек оси будет неодинаковым. Получить сплошные пучки также не удается - центр выходит полым, и щетинки не опираются друг о друга, как в обычных пучках. При извлечении отдельных щетинок из формы дополнительно возникает проблема конусности образующих щетинки канавок. Решить эту проблему не удается, поскольку формовочные стержни одновременно служат выталкивателями и при извлечении сдвигают чашевидные концы углублений в виде канавок на вершинах щетинок. При пользовании зубными щетками необходимо соблюдать конусность относительно гибких концов щетинок. В указанном описании не рассматриваются приемы, принятые в обычной технологии литья под давлением и служащие для улучшения поведения литых щетинок при изгибе, так что здесь молекулы полимера располагаются в виде энергетически положительных, но не обеспечивающих стабильности клубков (US 2001/0007161 А1).

Далее, известен способ (Патент США № 5158342) получения зубных щеток на основе ранее отлитых корпусов, состоящих из ручки и головки, путем запрессовывания блока щетинок в подготовленные углубления в головке. Такие щетинки обладают совершенно недостаточной прочностью на изгиб при используемой технологии литья под давлением от 30 бар до 60 бар (от 3000 кПа до 6000 кПа).

В Патенте Великобритании № 2151971 также описан состоящий из двух стадий процесс изготовления блока щетинок и держателя. В этом случае возникает проблема извлечения щетинок из формовочных каналов. Несмотря на способствующую извлечению сильную конусность щетинок этот процесс занимает очень длительное время, что снижает производительность. В описании не раскрыты приемы литья под давлением, позволяющие повысить устойчивость щетинок.

Гораздо лучшие результаты получены согласно другому способу, описанному в невыложенной патентной заявке нынешнего изобретателя (РСТ/ЕР01/07439), в котором предусмотрены отверстия сопловидного поперечного сечения в держателе щетинок. Расплав полимера через сопловидные отверстия поступает в закрытые формовочные каналы литьевые формы. В этом способе изготавливают полуфабрикат из держателя и щетинок или, при соответствующем выполнении держателя, сразу готовую щетку, в которой щетинки ведут себя при изгибе не хуже экструдированных. Форма щетинок не подвержена ограничениям, присущим непрерывному производству экструдированных моноволокон.

В Патенте США № 4712936 описано получение маленьких аппликационных щеток, например косметических, которые вставляются в пудреницу и крепятся к ее колпачку; отлитый воедино узел включает колпачок, стержень, проходящий через его середину, и щетинки на выступающем конце стержня. Полости для колпачка, стержня и примыкающих щетинок выполнены в состоящей из двух частей литьевой форме с осевой ориентацией, причем отверстие колпачка находится в плоскости разъема формы. Стержень и щетинки получаются через литьевые стержни, которые соосно запрессовываются друг в друга. Впрыск осуществляют со стороны колпачка. Поэтому расплав полимера должен пройти долгий путь через несколько разнонаправленных сечений и преодолеть большие массы, прежде чем попадет в тонкие каналы щетинок. Полная продувка зоны стержня и щетинок осуществляется на концах каналов щетинок через цилиндрическую укупорку с насечкой, образующую своего рода фильтр с высоким сопротивлением течению. Отсюда следует, что щетинки, которые можно получить литьем под давлением, непригодны, например, для малярных кистей. Поэтому после удаления из литьевой формы их еще раз разогревают вне формы и затем вытягивают. При этом сечение сокращается, что неизбежно разъединяет щетинки. Однако в аппликационных щетках данного типа щетинки можно располагать на минимальных расстояниях, обеспечивая капиллярное действие между щетинками, что позволяет сохранять наносимую среду.

Предпринимались также попытки (DE 2155888 C3) получения щеток с приформованными щетинками в литьевой форме, одна часть которой образует опору для щетинок, а вторая часть покрывает открытую полость, в которой выполнен короткий канал, расширяющийся к противоположному концу и закрытый на конце. При впрыскивании расплав полимера проникает из полости опоры в короткий канал и течет в это уширение, образуя короткий стержень с головкой. При открывании литьевой формы головка уносится, а имеющая форму стержня заготовка щетинки вытягивается. Таким путем можно добиться определенной ориентации молекул, что повышает стабильность, подобно получению бесконечных моноволокон.

В целом попытки замены щетинок из экструдированных бесконечных моноволокон с последующим прикреплением к отдельно полученным корпусам щеток на литье целой щетки воедино со щетинками оказались явно неудачными (US 2001/0007161А1).

Это относится и к известному предложению получать литьем под давлением только щетинки (Патент США № 3256545). Этот прототип основан на принципе, что концы экструдированных щетинок обладают повышенной гибкостью, придаваемой последующей обработкой концов щетинок, и то же свойство присутствует и в щетинках, получаемых литьем под давлением воедино со щеткой, за счет неизбежной в этом процессе конусности, хотя последняя отрицательно сказывается на износостойкости и сроке службы. В этом патенте предлагается повысить износостойкость, которая к концам щетинок ухудшается, путем увеличения сечения отливаемой щетинки от конца на стороне крепления (корневой стороне щетинки) к свободному концу. Форма поперечного сечения может расширяться непрерывно или прерывисто. В любом случае в области рабочих концов щетинок присутствует больше пластмассы, чем в корневой зоне. Ухудшенные свойства известных конических щетинок компенсируются накоплением большего количества пластмассы на концах щетинок. Однако авторы не заметили, что с увеличением количества пластмассы или размера поперечного сечения увеличивается доля энергетически положительных шаровых структур, т.е. из-за увеличенного поперечного сечения щетинка заметно утрачивает упругость при изгибе. Эта технология предполагает литье под давлением от 800 бар до 1200 бар (0,8х10⁵ - 1,2х10⁵ кПа), необходимым, чтобы протолкнуть расплав полимера через каналы, которые в начале впрыска уже и расширяются в глубине, с тем, чтобы заполнить форму. Несмотря на относительно высокое давление рекомендуемый диаметр щетинок с неориентированными молекулярными структурами составляет от 1,6 мм до 2,2 мм в более тонком поперечном сечении и от 11 мм до 12 мм в более толстом (столбец 5, строки 43-48 и столбец, строки 32-42). Опорные структуры того же расплава полимера формуются на корневой стороне щетинок для прикрепления литых щетинок к держателю и при необходимости охватывают по несколько щетинок.

Из технической литературы также известно [Ehrenstein, «Самоупрочнение термопластов в процессе деформации расплава» в немецком журнале «Die Angewandte Makromolekulare Chemie» №175 (1990 г.), с.187-203], что методами экструзии и литья под давлением удается получить для полиамидов лишь 3 и 6% и для полиэтилена лишь 33 и 5,5% теоретических значений модуля упругости (Н/мм²) и прочности на растяжение (Н/мм²) соответственно, причем в литых изделиях преобладает нерастянутое состояние (молекулярная шаровая структура).

Технической задачей настоящего изобретения стало получение литьем под давлением щетинок, которые по поведению при изгибе и восстановлению после деформации изгиба превосходили бы экструдированные щетинки, обеспечивая при этом достижение максимально близких к теоретическим значений модуля упругости и прочности на растяжение, чтобы получать щетинки высокого качества в широком интервале длин при относительно малых сечениях, что упрощает достижение геометрий и компоновок щетинок, приспособленных к требованиям конечного изделия, например щеток или кистей. Изобретение относится также к устройству, предназначенному для осуществления данного способа.

В отличие от известного способа литья под давлением, в котором расплав полимера впрыскивают под давлением в формовочный канал щетинок с заданной длиной и с заданным сечением вдоль этой длины, поставленная задача решается за счет того, что в способе получения щетинки из термопластичных полимеров литьем под давлением, в котором расплав полимера впрыскивают под давлением в формующий щетинку канал заданной длины, имеющий заданную форму поперечного сечения по этой длине и продуваемый в процессе литья под давлением, при этом создается сдвиговый поток с высокой скоростью в середине потока расплава полимера и большим сдвиговым эффектом за счет трения расплава полимера о стенку при четко выраженной продольной ориентации молекул полимера, по меньшей мере, в зоне расплава полимера вблизи стенки с одновременной продувкой канала по его длине, согласно изобретению давление впрыска, воздействующее на расплав полимера, устанавливают в зависимости от формы поперечного сечения формующего щетинку канала предпочтительно не менее 500 бар (0,5×10⁵ кПа), а отношение наибольшей ширины поперечного сечения формующего щетинку канала к длине канала выбирают в пределах ≤1:10, поддерживая тем самым продольную ориентацию молекул полимера по длине канала.

Предпочтительно, давление впрыска устанавливают от 2000 до 5000 бар (2-5×10⁵ кПа) или таким, что удельное давление расплава полимера в формующем щетинку канале составляет более 300 бар (0,3×10⁵ кПа).

Предпочтительно, при данной форме поперечного сечения и длине формующего щетинку канала давление впрыска устанавливают таким, чтобы поддерживать образование кристаллических зародышей между соседними продольно ориентированными молекулярными зонами.

Предпочтительно, формующий щетинку канал охлаждают.

Предпочтительно, формующий щетинку канал продувают в поперечном направлении к потоку расплава полимера.

Предпочтительно, формующий щетинку канал продувают в нескольких плоскостях, расположенных поперечно к направлению потока расплава полимера.

Предпочтительно, формующий щетинку канал продувают по его длине в плоскостях, приблизительно равно отстоящих друг от друга.

Предпочтительно, воздух из формующего щетинку канала вытесняют давлением потока расплава полимера.

Предпочтительно, канал продувают с помощью внешнего разрежения.

Предпочтительно, расплав полимера впрыскивают в формующий щетинку канал, поперечное сечение которого остается по существу неизменным, начиная со стороны впрыска.

Предпочтительно, расплав полимера впрыскивают в формующий щетинку канал, поперечное сечение которого практически непрерывно сужается, начиная со стороны впрыска.

Предпочтительно, расплав полимера впрыскивают в зону подачи, которая сужается подобно соплу в сторону формующего щетинку канала для образования продолжающегося потока.

Предпочтительно, расплав полимера впрыскивают в формующий щетинку канал, поперечное сечение которого имеет, по меньшей мере, одну дискретность в виде сужения в направлении потока расплава полимера.

Предпочтительно, поперечное сечение формующего щетинку канала выбирают с максимальной шириной ≤3 мм.

Предпочтительно, отношение наибольшей ширины к длине канала выбирают в пределах ≤ 1:250.

Предпочтительно, расплав полимера одновременно впрыскивают в несколько соседних формирующих щетинки каналов, получая соответствующее количество щетинок.

Предпочтительно, расплав полимера впрыскивают в соседние формующие щетинки каналы, одновременно образуя соединение между, по меньшей мере, двумя щетинками.

Предпочтительно, расплав полимера впрыскивают с образованием основания щетинок, соединяющего щетинки и образующего корпус щетки.

Предпочтительно, после отливания щетинок впрыскивают расплав другого полимера, образуя соединение между, по меньшей мере, двумя щетинками.

Предпочтительно, расплав полимера впрыскивают с образованием основания щетинок, соединяющего, по меньшей мере, две или более щетинок.

Предпочтительно, в основание щетинок впрыскивают, по меньшей мере, еще один расплав другого полимера.

Предпочтительно, отливают несколько щетинок различной длины.

Предпочтительно, отливают несколько щетинок различного поперечного сечения.

Предпочтительно, отливают несколько щетинок, поперечное сечение которых изменяется по их длине.

Предпочтительно, отливают некоторое число щетинок с параллельной взаимной ориентацией.

Предпочтительно, по меньшей мере, часть щетинок отливают не параллельно.

Предпочтительно, получают щетинки с одинаковой геометрией, но различной упругостью при изгибе (жесткостью) литьем различных расплавов полимеров в одних и тех же формовочных каналах.

Предпочтительно, отливают щетинки из полимера или смеси полимеров, обладающих пониженными силами вторичного связывания в отверделом состоянии.

Предпочтительно, отливают щетинки из полимера, включающего добавки, которые активизируются при пользовании.

Поставленная задача также решается за счет создания устройства для литья под давлением щетинок из термопластичных полимеров, содержащего средство для создания давления впрыска и литьевую форму, имеющую, по меньшей мере, один канал подачи расплава полимера и, по меньшей мере, одну полость в виде формовочного канала, имеющего контур, соответствующий по длине и форме поперечного сечения получаемой щетинке, причем формовочный канал снабжен связанным с ним продувочным средством для отвода воздуха, вытесненного в ходе литья под давлением, а продувочное средство имеет продувочные поперечные сечения, распределенные по длине формовочного канала, в котором согласно изобретению средство давления впрыска выполнено для создания давления, по меньшей мере, 500 бар (0,5×10⁵ кПа), а отношение наибольшей ширины поперечного сечения формовочного канала к длине канала ≤1:10, что позволяет установить сдвиговый поток с высокой скоростью в середине расплава полимера и большим сдвиговым эффектом у стенки формовочного канала.

Предпочтительно, средство для создания давления впрыска выполнено так, что давления впрыска могут быть установлены от 2000 до 5000 бар (2-5×10⁵ кПа) в зависимости от длины и формы поперечного сечения формовочного канала.

Предпочтительно, средство для создания давления впрыска и поперечные сечения продувки на формовочном канале выполнены так, что расплав полимера в формовочном канале имеет удельное давление, по меньшей мере, 300 бар (0,3×10⁵ кПа).

Предпочтительно, давление впрыска может регулироваться в зависимости от длины и формы поперечного сечения формовочного канала.

Предпочтительно, продувочное средство снабжено продувочными поперечными сечениями, которые могут регулироваться в зависимости от удельного давления.

Предпочтительно, литьевая форма с формовочным каналом содержит ассоциированный хладагент.

Предпочтительно, формовочный канал в литьевой форме содержит ассоциированный хладагент.

Предпочтительно, литьевая форма состоит из нескольких формующих плит, которые уложены рядами поперек продольного направления формовочного канала и каждая из которых определяет один из продольных участков формовочного канала.

Предпочтительно, продувочные средства выполнены на формующих плитах.

Предпочтительно, продувочные средства выполнены между обращенными друг к другу опорными поверхностями формующих плит.

Предпочтительно, продувочные средства образованы зазорами между обращенными друг к другу поверхностями формующих плит.

Предпочтительно, продувочные средства образованы неровностями на поверхностях формующих плит.

Предпочтительно, продувочные средства имеют поперечные сечения шириной от 5 до 300 мкм на формообразующей поверхности формовочного канала.

Предпочтительно, продувочные средства имеют поперечные продувочные сечения, расширяющиеся наружу от формообразующей поверхности формовочного канала.

Предпочтительно, продувочные средства соединены с внешним источником разрежения.

Предпочтительно, формовочный канал имеет поперечное сечение, которое остается преимущественно постоянным по его длине.

Предпочтительно, формовочный канал имеет поперечное сечение, которое преимущественно равномерно сужается к его концу.

Предпочтительно, формовочный канал имеет линейную ось и сужается под углом менее 1,0° (уклон литьевой формы).

Предпочтительно, формовочный канал имеет поперечное сечение, прерывисто сужающееся к его концу.

Предпочтительно, наибольшая ширина поперечного сечения формовочного канала составляет ≤3 мм.

Предпочтительно, по меньшей мере, одна формующая плита со стороны впрыска, имеющая уширение, которое сужается в сторону формовочного канала, соединена с формовочным каналом выше по его ходу со стороны, обращенной к каналу подачи.

Предпочтительно, отношение наибольшей ширины поперечного сечения формовочного канала к его длине составляет от 1:10 до 1:1000.

Предпочтительно, количество и толщина формующих плит подобраны соответственно длине формовочного канала.

Предпочтительно, количество формующих плит обратно пропорционально отношению наибольшего внутреннего диаметра поперечного сечения к длине формовочного канала.

Предпочтительно, формующие плиты имеют толщину, приблизительно равную 3-15 средним диаметрам формовочного канала.

Предпочтительно, формующие плиты могут перемещаться перпендикулярно к плоскости плиты по одной или группами.

Предпочтительно, по меньшей мере, некоторые формующие плиты могут смещаться параллельно соседним формующим плитам.

Предпочтительно, формующие плиты могут поочередно удаляться по одной или группами.

Предпочтительно, при извлечении из формы формующая плита, обращенная к каналу подачи, может удаляться последней.

Предпочтительно, литьевая форма имеет формовочные каналы различной длины и/или различной формы поперечного сечения.

Предпочтительно, стандартная конструкция литьевой формы для получения щетинок заданной длины содержит стандартное для данной литьевой формы количество формующих плит, и стандартное количество формующих плит может удаляться или вставляться для изменения длины щетинки.

Предпочтительно, литьевая форма содержит формовочные каналы с центральной осью, проходящей под углом с наклоном относительно направления движения формующих плит, а каждая формующая плита имеет продольное сечение формовочного канала, размеры которого обеспечивают извлечение из литьевой формы путем последовательного удаления отдельных формующих плит несмотря на угловое отклонение.

Предпочтительно, литьевая форма содержит формовочные каналы с центральной осью, криволинейной по отношению к направлению движения формующих плит, а каждая формующая плита имеет продольный участок формовочного канала, размеры которого обеспечивают извлечение из литьевой формы путем последовательного подъема отдельных формующих плит, в зависимости от кривизны.

Предпочтительно, литьевая форма содержит, по меньшей мере, одну формующую плиту, которая может смещаться в своей плоскости относительно соседних формующих плит, образуя после литьевого формования щетинок зажимное средство для всех щетинок, которое воздействует на соответствующую часть длины формовочного канала.

Предпочтительно, формующие плиты, образующие зажимное средство, могут перемещаться в направлении удаления и в противоположном направлении.

Предпочтительно, формующие плиты, образующие зажимное средство, являются съемными вместе с зажатыми щетинками после извлечения из литьевой формы, и служат для пространственного перемещения щетинок.

Предпочтительно, формующие плиты, образующие зажимное средство, имеют возможность быть удаленными и замещенными пакетом таких же формующих плит с целью обновления комплектности литьевой формы в следующем цикле литья.

Предпочтительно, литьевая форма состоит из, по меньшей мере, двух групп формующих плит, каждая из которых имеет по одному зажимному средству, при этом первая группа содержит часть формовочного канала, включая его конец, а другие группы образуют остальную часть формовочного канала с тем, что первая группа может быть позже удалена от второй группы, а вторая группа от последующих групп так, что процесс литья разделяется на ряд циклов литья под давлением, соответствующих количеству групп, благодаря чему в закрытом исходном положении литьевой формы расплав полимера впрыскивается в первом цикле литья под давлением в цельный формовочный канал, после чего первая группа может быть удалена от других, перенося при этом заготовку посредством зажимного средства, причем путь удаления короче длины заготовки, далее в ходе второго цикла литья дополнительный расплав полимера впрыскивается в освободившийся продольный участок формовочного канала в следующих группах, и стадии впрыск-удаление повторяются вплоть до удаления предпоследней группы от последней группы с получением щетинок большей длины, чем длина формовочного канала, и, при желании, из разных полимеров.

Предпочтительно, по меньшей мере, формующая плита, образующая контур формы в конце формовочного канала, является сменной на формующую плиту, имеющую другой контур формы, для получения щетинок, концы которых имеют различную форму.

Предпочтительно, по меньшей мере, формующая плита, образующая контур формы в конце формовочного канала, может быть заменена формующей плитой с различными продольными участками формовочных каналов.

Предпочтительно, полость формы, соединяющая два или более формовочных каналов, расположена между каналом подачи и формовочными каналами литьевой формы, образуя соединение между щетинками.

Предпочтительно, полость формы имеет конструкцию, позволяющую получать опору, соединяющую все щетинки.

Предпочтительно, полость литьевой формы имеет конструкцию, позволяющую получать корпус щетки или кисти либо его часть.

Предпочтительно, полость литьевой формы имеет конструкцию, позволяющую получать корпус щетки или кисти либо его часть в виде многокомпонентной структуры из различных полимеров.

Изобретение основано на том принципе, что поведение моноволокна при изгибе можно улучшить в первую очередь путем обеспечения и поддержания ориентации молекул, который ранее осуществлялся при получении щетинок, щеток и кистей литьем под давлением. На молекулярную структуру потока расплава полимера можно воздействовать в основном только при наличии достаточно узких поперечных сечений и продавливании расплава на скорости, обеспечивающей достаточное усилие сдвига для деформирования и растягивания энергетически оптимальной ненапряженной шаровой структуры. Поэтому, в соответствии с изобретением, давление впрыска устанавливают на достаточно высоком уровне, чтобы образовать крутой профиль течения в формовочных каналах, отличающийся высокой скоростью в середине потока и большим усилием сдвига на его периферии благодаря трению расплава полимера о стенки канала, причем вызванные трением усилия сдвига тем больше, чем выше перепад скоростей между соседними слоями потока. Такой профиль течения с высокой скоростью в середине обеспечивает идеальное заполнение формовочного канала литьевой формы даже при самых узких поперечных сечениях (малый диаметр щетинок) и больших длинах каналов (щетинок).

Как видно, распределение скоростей можно задавать в зависимости от принятой формы поперечного сечения по длине формовочного канала, используя соответственно высокое, при желании переменное, давление впрыска. При этом молекулы полимера ориентируются в длину ближе к стенкам канала и, в меньшей степени, во всем потоке расплава, причем величина скорости в середине препятствует преждевременному застыванию расплава даже при малых поперечных сечениях и больших длинах.

Одного высокого давления недостаточно для быстрого заполнения узкого формовочного канала. В соответствии с изобретением канал продувают по всей длине так, чтобы поддерживать усилие сдвига на высокой скорости потока вплоть до конца канала, обеспечивая требуемую продольную ориентацию молекул до самой вершины щетинки.

Практические опыты показали, что давление впрыска должно составлять не менее 500 бар (0,5×10⁵ кПа) и что оно зависит от поперечного сечения по длине формовочного канала. Для высококачественных щетинок со средним диаметром, например, 0,3 мм (измеренным на половине длины), соответствующим поперечному сечению формовочного канала, и длиной 10,5 мм необходимое распределение скоростей можно обеспечить только при давлении впрыска не менее 500 бар (0,5×10⁵ кПа). Примерно 2/3 указанного давления впрыска можно преобразовать в удельное давление в формовочном канале так, чтобы расплав полимера проходил в канале под давлением более 300 бар (0,3×10⁵ кПа).

При отверждении ниже точки кристаллизации расплава термопластичные материалы образуют кристаллиты, которые влияют на модуль упругости Е и прочность на растяжение (прочность на разрыв) в зависимости от их формы и конфигурации. Образование игольчатых кристаллов положительно сказывается на жесткости, повышая модуль Е и прочность за счет увеличенной прочности на растяжение; для этого требуется образование продолговатых затравок на параллельных молекулярных участках. Это зародышеобразование можно усилить по сравнению с изотермической кристаллизацией путем приложения усилий, как делается, например, в текучих процессах. Так что высокое давление в соответствии с изобретением и обеспечиваемая им высокая скорость потока расплава полимера в формовочном канале способствуют не только продольной ориентации молекул, но и кристаллообразованию, поскольку высокое давление благодаря повышенной нагрузке придает кристаллам большую объемную плотность. Частичная кристаллизация молекулярно ориентированного расплава продлевает время релаксации, т.е. период ориентации молекул длится дольше.

Описанные эффекты поддерживаются также в продолжении изобретения, в котором формовочный канал подвергают охлаждению.

Чем уже сечение и чем длиннее формовочный канал, тем целесообразнее поддерживать стенки канала в подогретом состоянии, чтобы сохранить вязкость расплава полимера и обеспечить заполнение литьевой формы. При установлении параметров заявленного способа заполнение литьевой формы гарантируется при условии охлаждения формовочного канала. Охлаждение канала с приложением сопутствующих сил дополнительно способствует кристаллообразованию и продлевает время релаксации. Стабилизирующий наружный слой расплава, образующийся у стенки канала, позволяет повысить последующее давление распространенный прием в технике литья под давлением. Чем выше последующее давление, тем активнее идет зародышеобразование в еще расплавленной середине щетинки. Давление одновременно повышают температуру плавления и способствуют охлаждению расплава при данной тем