Способ производства окрашенной экологически безопасной мишени для стендовой стрельбы

Способ производства окрашенной экологически безопасной мишени для стендовой стрельбы

Реферат

Изобретение относится к переработке композитных материалов, а именно к поточному способу производства мишеней-тарелочек для стендовой стрельбы, и может быть использовано на предприятиях по переработке полимеров при производстве окрашенных мишеней-тарелочек из экологически безопасных материалов методом горячего прессования или литья под давлением.

Качество экологически безопасных мишеней характеризуется следующими показателями: радиальная прочность, разбиваемость металлическим шариком, содержание полиароматических углеводородов (ПАУ), заметность мишени. Масса мишени не должна превышать 105±7 г при размерах мишени соответствующих типу «Стандартная» по ГОСТ Р 52909-2008.

Экологическая безопасность мишеней согласно ГОСТу 52909-2008 оценивается по содержанию полиароматических углеводородов (ПАУ), их содержание не должно превышать 30 мг/кг. Технологичность производства экологически безопасных мишеней оценивается по следующим показателям: количество перерабатываемых компонентов, текучесть композита, термопластичность композита.

Известен способ производства экологичных мишеней для стендовой стрельбы, описанный в патенте US 4124550 (от 20 июня 1975, Nippon Oil Co., Ltd), где предлагается использовать в качестве связующего комбинации экологически безопасных высоко- и низкомолекулярных нефтеполимерных смол различного фракционного состава с температурой размягчения от 60 до 80°С. В качестве наполнителей используются минеральные неорганические вещества мелкого помола.

Способ позволяет производить экологически безопасные мишени методом литья под давлением или горячего прессования из четырехкомпонентного композита.

Недостатком известного способа является использование многокомпонентного композита, что снижает технологичность способа за счет увеличения числа однотипных технологических операций.

Другим недостатком известного способа является использование комбинаций высоко- и низкомолекулярных смол для подготовки связующего, что может привести к снижению текучести и термопластичности композита за счет возможных процессов полимеризации и сополимеризации смол.

Еще одним недостатком известного способа является использование нефтеполимерных смол с относительно низкой температурой размягчения, порядка 60-80°С, что в свою очередь сильно снижает термостойкость мишени в летний период при воздействии прямых солнечных лучей.

Следует отметить, что недостатком известного способа является также зависимость цвета мишени от применяемых в композите ингредиентов.

В качестве прототипа был выбран способ, наиболее близкий к предлагаемому техническому решению, согласно патенту US 6602337 В1 (от 9 августа 2001, Lawry Shooting Sports Inc), предлагающий нейтрализацию канцерогенных веществ связующего (термопластичные смолы) на стадии производства мишеней, либо использование экологически безопасного термопластичного связующего. В качестве наполнителя предполагается использование мела и известняка. Композитная смесь готовится в соотношении: 30-40% связующего и 60-70% наполнителя при температуре 200-260°С и формуется методом горячего прессования. Процесс производства включает в себя следующие технологические стадии: 1 - расплавление связующего, 2 - смешивание ингредиентов и нейтрализация канцерогенных веществ до предельного содержания, 3 - дозировка и формование.

Известный способ, выбранный за прототип, не свободен от недостатков.

Недостатком предложенного способа является высокий процент связующего (30-40%) в композитной смеси, что приводит к необходимости расширения компонентного состава для регулирования плотности композиции.

В известном способе цвет мишени зависит от исходных ингредиентов.

Процесс нейтрализации канцерогенных веществ в предложенном способе нуждается в последующей утилизации продуктов нейтрализации канцерогенных веществ, а также установки дополнительного оборудования в производственную линию.

Кроме того, мишень, полученная известным способом, имеет низкую хрупкость, ввиду отсутствия резкого температурного перепада при охлаждении.

Задача, на осуществление которой направлено заявляемое техническое решение, создание технологии производства мишеней-тарелочек для стендовой стрельбы из двух- или трехкомпонентного экологически безопасного композита с улучшенными технологическими и качественными характеристиками.

Заявляемый для решения поставленной задачи способ производства экологически безопасных мишеней методом горячего прессования осуществляется по одному из предложенных вариантов.

Вариант 1

Нефтеполимерная смола с температурой размягчения 95-100°С и плотностью 1,06±0,02 г/см³ подвергается нагреву до 190-200°С в расходном баке, при этой температуре она расплавляется и переходит в жидкое состояние.

Затем расплав смолы дозируется в смесительный бак лопастного типа, где происходит смешение смолы с наполнителем при 210-220°С до однородной массы в соотношении 20-23% смолы и 77-80% наполнителя.

Получившаяся в результате смешивания композитная масса находится в вязкотекучем состоянии при температуре 210-220°С, что дает возможность ее транспортировки по подогреваемому трубопроводу в дозатор.

Дозированная композитная масса формуется в пресс-форме, охлаждаясь до 50-55°С в течение 5-15 секунд.

Сформованная мишень окрашивается любым способом с применением ярких водоэмульсионных красок.

В процессе производства мишеней из мешалки периодически отбираются образцы композитной массы для определения их плотности гидростатическим способом. Плотность композитной массы должна находиться в пределах 2,00-2,05 г/см³.

Вариант 2

Нефтеполимерная смола подвергается нагреву до 160-170°С в расходном баке, при этой температуре она расплавляется и переходит в жидкое состояние.

Затем расплав смолы дозируется в смесительный бак лопастного типа, где происходит смешивание смолы с наполнителем и пластификатором при 175-185°С до однородной массы в соотношении 20-23% смолы, 76-79% наполнителя, 0,5-1% пластификатор. Смешивание ингредиентов производится в две стадии - на первой стадии смешивания вводится 2/3 от общей массы загрузки наполнителя, на второй стадии вводится остальная часть наполнителя и пластификатор в количестве 0,5-1% (от общей массы).

Получившаяся в результате смешивания композитная масса находится в вязкотекучем состоянии при температуре 175-185°С, что дает возможность ее транспортировки по подогреваемому трубопроводу в дозатор.

Дозированная композитная масса формуется в пресс-форме, охлаждаясь до 50-60°С в течение 5-15 секунд.

Сформованная мишень окрашивается любым способом с применением ярких водоэмульсионных красок.

В процессе производства мишеней из мешалки периодически отбираются образцы композитной массы для определения их плотности гидростатическим способом. Плотность композитной массы должна находиться в пределах 2,00-2,05 г/см³.

Выбранные температурные режимы процесса вариантов 1 и 2 позволяют получить высоконаполненную композитную массу в вязкотекучем состоянии на стадиях смешивания, дозирования и напряженную хрупкую мишень на стадии формования.

В заявляемом изобретении ингредиентами композиту для получения экологически безопасной мишени являются:

- в качестве связующего - нефтеполимерные смолы с температурой размягчения 95-100°С и плотностью 1,06±0,02 г/см³, например, ароматические смолы, полученные термополимеризацией нефтяной фракции С9 (суммарное содержание ПАУ в смоле ~ 6-100 мг/кг, температура размягчения 95-100°С, плотность 1,06±0,02 г/см³);

- в качестве наполнителя - известняковый порошок, предпочтительнее с размером частиц 0,001-0,05 мм;

- в качестве пластификатора могут быть использованы жирные кислоты, масла (температура вспышки более 200°С), соли жирных кислот, эфиры фталевой, себациновой и адипиновой кислот.

Способ, раскрытый в заявляемом техническом решении, имеет ряд преимуществ:

- производство мишеней-тарелочек осуществляется из экологически безопасных материалов,

- использование пластификатора позволяет повысить технологичность композиции, температурные режимы процесса позволяют регулировать технологические свойства смеси и эксплуатационные свойства мишени;

- разработанные параметры технологии производства мишеней позволяют получить мишень с минимальным разбросом эксплуатационных характеристик,

- окрашенная экологически безопасная мишень лучше видна в процессе эксплуатации,

- применение нефтеполимерных смол с температурой размягчения 95-100°С повышает термостабильность мишеней при воздействии прямых солнечных лучей.

Сравнительный анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основе этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «Новизна».

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

В Механосборочном цехе металлургического оборудования ОАО «НЛМК» проведен опытный выпуск экологически безопасных мишеней для стендовой стрельбы и спортинга. Приготовление композиции осуществлялось при температуре 220°С в три стадии.

1. Из расходного бака в смесительный бак производилась загрузка предварительно разогретой до 190-200°С нефтеполимерной смолы фракции С9 с температурой размягчения 100°С в количестве 250 кг. В смесительном баке смола нагревалась до 220°С, и включалось перемешивание.

2. В перемешивающуюся смолу порционно вносился наполнитель в количестве 900 кг.

3. Композиция гомогенизировалась в течение двух часов.

Получившаяся композиция была достаточно текуча для транспортировки по прогретому до 220°С трубопроводу. Содержание связующего в композиции составило 21,7%, средняя плотность 2,02 г/см³. При открытии запорного клапана готовая композиция из смесительного бака по сообщающему трубопроводу перетекла в расходный бак (220°С), откуда по подогреваемому трубопроводу (220°С) перекачивалась шестеренчатым насосом в дозатор. Из дозатора необходимая масса композиции впрыскивалась в матрицу пресс-формы и прижималась пуансоном. Формование готовой мишени длилось около 5-8 секунд, за это время мишень успевала охладиться до 50-55°С.

Сформованная мишень выталкивалась из пресс-формы на ленточный конвейер и транспортировалась в камеру окрашивания.

Получившиеся мишени типа «Стандартная» были правильной формы и равномерно окрашены, их вес колебался от 102 до 110 г. Суммарное содержание ПАУ в мишени составило 6-9 мг/кг (по ГОСТ Р 52909-2008 содержание ПАУ не более 30 мг/кг).

Пример 2

В Механосборочном цехе металлургического оборудования ОАО «НЛМК» проведен опытный выпуск экологически безопасных мишеней для стендовой стрельбы и спортинга. Приготовление композиции осуществлялось с пластификатором при температуре 180°С в шесть стадий.

1. Из расходного бака в смесительный бак производилась загрузка предварительно разогретой до 160-170°С нефтеполимерной смолы фракции С9 с температурой размягчения 100°С в количестве 200 кг. В смесительном баке смола нагревалась до 180°С, и включалось перемешивание.

2. В перемешивающуюся смолу порционно вносился наполнитель в количестве 450 кг.

3. Композиция гомогенизировалась в течение одного-двух часов.

4. В гомогенизированную композицию порционно вводилось 225 кг наполнителя.

5. Далее вводился пластификатор 8,5 кг диоктилфталат (или дибутилфталат) из расчета 0,7-1 кг на 100 кг композиции.

6. Композиция гомогенизировалась в течение 30-60 минут.

Получившаяся композиция была достаточно текуча для транспортировки по прогретому до 180°С трубопроводу. Содержание связующего в композиции составило 23%, средняя плотность 2,02 г/см³.

При открытии запорного клапана готовая композиция из смесительного бака по сообщающему трубопроводу перетекла в расходный бак (180°С), откуда по подогреваемому трубопроводу (180°С) перекачивалась шестеренчатым насосом в дозатор. Из дозатора необходимая масса композиции впрыскивалась в матрицу пресс-формы и прижималась пуансоном. Формование готовой мишени длилось около 5-8 секунд, за это время мишень успевала охладиться до 50-55°С.

Сформованная мишень выталкивалась из пресс-формы на ленточный конвейер и транспортировалась в камеру окрашивания.

Получившиеся мишени типа «Стандартная» были правильной формы и равномерно окрашены, их вес колебался от 102 до 110 г, по эксплуатационным характеристикам мишени полностью соответствовали требованиям ГОСТ Р 52909-2008. Суммарное содержание ПАУ в мишени составило 6-9 мг/кг (по ГОСТ Р 52909-2008 содержание ПАУ не более 30 мг/кг).

Так как проведенные испытания предлагаемого решения продемонстрировали высокие показатели, следовательно, данное техническое решение соответствует критерию изобретения «Промышленная применимость».

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что задача, на решение которой направлен заявляемый способ, выполняется, при этом достигается получение вышеупомянутого технического результата.

1. Способ производства экологически безопасных мишеней-тарелочек, включающий в себя расплавление связующего, смешивание связующего с наполнителем с получением композиции, при этом образование композиции осуществляют при нагреве, дозировку композиции, формование мишени, отличающийся тем, что в качестве связующего используют нефтеполимерные смолы с температурой размягчения 95-100°С и плотностью 1,06±0,02 г/см³ в количестве 20-23% от общей массы, получение композиции осуществляют при температуре 210-220°С, при этом контролируемым параметром технологии является плотность композиции, ее величина составляет 2,00-2,05 г/см³, формование и охлаждение мишени до 50-55°С осуществляют в течение 5-15 с, производят окрашивание мишени.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют нефтеполимерные ароматические смолы, полученные термополимеризацией нефтяной фракции С9.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют известняковый порошок с размером частиц 0,001-0,05 мм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что окрашивание мишени осуществляют водоэмульсионной краской.

5. Способ производства экологически безопасных мишеней-тарелочек, включающий в себя расплавление связующего, смешивание связующего с наполнителем с получением композиции, при этом образование композиции осуществляют при нагреве, дозировку композиции, формование мишени, отличающийся тем, что в качестве связующего используют нефтеполимерные смолы с температурой размягчения 95-100°С и плотностью 1,06±0,02 г/см³ в количестве 20-23% от общей массы, дополнительно вводят в состав композиции 0,5-1,0% пластификатора, получение композиции осуществляют при температуре 175-185°С, смешивание ингредиентов композиции производится в две стадии - на первой стадии связующее смешивают с 2/3 от общей массы наполнителя, на второй стадии вводят оставшуюся часть наполнителя и пластификатор, при этом контролируемым параметром технологии является плотность композиции, ее величина составляет 2,00-2,05 г/см³, формование и охлаждение мишени до 50-60°С осуществляют в течение 5-15 с, производят окрашивание мишени.