книги из ГПНТБ / Павлов В.А. Пенополистирол

чителен (0,25—0,50%). При 1000°С газ образуется в не­ значительном количестве (12—40 см3/г), выход жидких

Рис. VI.2. Зависимость выхода углерода (о) и СО м ССЬ (б) при деструкции пенополистирола от температуры и кажущейся плотно­ сти (цифры иа кривых — кажущаяся плотность в г/см3).

продуктов снижается до 92—96%, а выход твердого ос­ татка увеличивается до 3—4%. При дальнейшем повы­ шении температуры наблюдается снижение выхода жид­ ких продуктов и повышение выхода твердого остатка и газоообразных продуктов деструкции. Состав газа ха­ рактеризуется высоким содержанием водорода (43— 84%), метана (5—24%), окиси углерода (3—18,5%), не­ значительным содержанием двуокиси углерода. По дан­ ным работы 228 при 1000°С газовыделение'пенополистирола составляет 105 см3/г, а негазифицируемый остаток —

0,015% общей массы.

Химический анализ стали отливок, изготовленных по пенополистирольным моделям, на содержание С, S, Р показал, что в верхнейчасти отливок при литье с за­ крытыми прибылями происходит их незначительное науг­ лероживание; в отношении серы и фосфора никаких из-, менений по сравнению с литьем по деревянным моделям не наблюдалось.

190

Очень важно также, чтобы газы, образующиеся при разложении пенополистирола в литейной форме, не про­ никали в металл. Сравнительные данные о содержании остаточного водорода и кислорода в отливках при литье по пенополистирольным и деревянным моделям приведены в табл. VI.8.

Отливки, изготовленные по пенополистирольным мо­ делям, обладают рядом преимуществ по сравнению с от­ ливками, изготовленными по обычным деревянным или металлическим моделям. Они имеют более высокие по­ казатели предела прочности при растяжении, относи­ тельного удлинения при разрыве, ударной вязкости, твердости 230. Ниже приведены механические свойства отливок, изготовленных по пенополистирольным и дере­ вянным моделям:

Пенополистирольные модели формуются с приме­ нением различных формовочных смесей. Наиболее рас­ пространенными являются жидкие самотвердеющие сме-

191

си (ЖСС). При применении смеси ЖСС не происходит уплотнения формы и, следовательно, деформирования пенополистирольных моделей, что существенно повыша­ ет точность отливок.

Из пенополистирола можно изготавливать литнико­ вые системы. Применение литников и прибылей из пе­ нополистирола сокращает в ряде случаев продолжитель­ ность технологического процесса изготовления отливок, так как при этом исключаются операции разъема фор­ мы, извлечения моделей литников и прибылей, отделки формы и другие. Кроме того, это дает возможность мак­ симально механизировать и автоматизировать процесс производства отливок.

Для получения плотных фасонных отливок без уса­ дочных раковин обычно применяют прибыли, которые в процессе затвердевания питают отливку жидким ме­ таллом. Расход металла на прибыли очень велик и составляет от 20 до 100% от массы литой заготовки, что существенно снижает выход годных отливок. В связи с этим весьма перспективно для литейного производства применение закрытых сферических прибылей. Такие при­ были по сравнению с прибылями других форм позволя­ ют за счет меньшей поверхности теплоотдачи сократить расход жидкого металла на 20—40%, а за счет наи­ большей приведенной толщины улучшить их питающую способность.

Газифицируемые модели сферических прибылей из пенополистирола могут использоваться в сочетании с постоянными моделями отливок из дерева, пластмассы и металла 235. После извлечения постоянной модели из формы модель сферической прибыли из пенополистиро­ ла остается в ней и газифицируется при заливке жид­ кого металла.

Наиболее целесообразно вспенивать сферические мо­ дели прибылей из пенополистирола перегретым паром с- помощью инъекторов (метод теплового удара) 233. Стенки формы должны иметь минимальную толщину, чтобы обеспечить быстрое охлаждение, и быть достаточ­ но прочными, чтобы выдержать давление, развивающе­ еся в модели при вспенивании гранул.

Таким образом, при использовании моделей сфериче­ ских прибылей:

увеличивается выход годных отливок за счет более

192

рациональной формы прибыли и уменьшения ее объе­ ма на 20—40%;

улучшается питание отливок благодаря созданию избыточного давления в форме за счет выделяющихся газов при газификации модели прибыли;

уменьшается трудоемкость изготовления деревянных, пластмассовых и металлических постоянных литейных моделей, которые используются в сочетании с пеномоделями прибылей, и сокращается на 10—15% расход ма­ териала, идущего на изготовление постоянных моделей прибылей.

Экономическая эффективность применения пенополистирольных моделей

При литье по газифицируемым моделям стоимость изготовления моделей из пенополистирола составляет 20—50% от стоимости такой же деревянной модели. Часто сжигание пенополистирольной модели после од­ норазового использования становится выгоднее, чем хра­ нение деревянной модели после одноразового использо­ вания, так как только в очень редких случаях деревян­ ная модель может быть повторно использована без ка­ ких-либо изменений или исправлений. Кроме того, не­ обходимо учитывать стоимость хранения моделей.

В качестве примера в табл. VI.9 приведены экономи-

Т а б л и ц а V I.9. Экономические показатели изготовления изложницы для слитка массой 25 т

Способ изготовления

ческие показатели изготовления модели изложницы для 25-тонного слитка. Сравнительные данные о трудоемко­ сти изготовления отливок по деревянным и пенополисти­ рольным моделям приведены в табл. VI. 10.

Т а б л и ц а VI. 10. Сравнительные данные о трудоемкости изготовления отливок по деревянным и пенополистирольным моделям

Норма времени, ч

194

Кроме того, при использовании пенополистирольных моделей значительно сокращается время изготовления отливок (табл. VI.1 1) 234.

Т а б л и ц а V I. 11. Снижение времени изготовлгния отливок по пенополистирольным моделям

3000 отливок общей массой 4000 т.

При изготовлении комбинированных моделей из пе­ нополистирола также значительно снижаются трудовые и материальные затраты (табл. VI.12).

Приведенные данные показывают, что в тех случаях, когда надо изготовить 1—3 отливки, стоимость комбини­ рованных моделей значительно снижается (в 2 с лишним раза) 235.

Применение газифицируемых литейных моделей из пенополистирола на Горьковском автозаводе позволило

сэкономить на каждой тонне литья 20 руб. и 55 кг ме­ талла 236' 237. При этом трудоемкость изготовления моде­ лей была снижена на 30%, а трудоемкость формовки — на 25%. В объединении «Ленарматура» многократное использование для формовки 42 моделей из пенополисти­ рола позволило получить годовую экономию свыше 550 руб.23S.

Преимущества процесса литья по газифицируемым моделям из пенополистирола, которые прямо .или кос­ венно влияют на экономическую эффективность произ­ водства отливок по газифицируемым моделям, сводятся к следующему 239~243:

отпадает необходимость в применении.разъемных мо­ делей, отъемных частей, формовочных уклонов и конус­ ности;

сокращаются или полностью исключаются затраты на изготовление стрежней;

исключается из схемы процесса оборудование для удаления моделей из форм, снижается трудоемкость, экономится электроэнергия, необходимая для сушки форм и стержней;

снижаются затраты на основное, вспомогательное и транспортное оборудование.

Литье по пенополистирольным моделям экономиче­ ски наиболее выгодно при изготовлении крупногабарит­ ных отливок единичного производства 234' 235' 239. Техно­ логический процесс литья по пенополистирольным мо­ делям позволил 244’245:

увеличить точность отливок примерно в 2 раза; снизить трудоемкость примерно в 2 раза; уменьшить объем подъемно-транспортных работ; использовать рабочих более низкой квалификации; организовать поточное производство отливок;

при мелкосерийном производстве механизировать процесс изготовления отливок;

сократить сроки подготовки производства по выпуску отливок при освоении новых образцов машин.

Применение пенополистирола для улучшения выбиваемости жидкостекольных смесей

Формовочные смеси для формовки пенополистироль­ ных моделей выбираются в зависимости от сложности

196

отливки, ее назначения и металлоемкости. Формовка моделей из пенополистирола может производиться в жидкостекольные, самотвердеющие, цементные смеси п смеси на основе фурановых смол. Применение этих сме- ' сей дает возможность получать более точные отливки по массе и геомтерическим размерам, полностью меха­ низировать и автоматизировать наиболее трудоемкие операции изготовления форм и стержней, значительно увеличить производительность труда, улучшить санитар­ но-гигиенические условия труда в литейных цехах. Большим недостатком этих смесей является плохая выбиваемость.

Для повышения газопроницаемости жидкостекольных смесей в них добавляют гранулы пенополистирола и стружку. Было исследовано влияние на свойства жидко­

ного по составу материала гранулированный пенополи­ стирол просеивали через сито, вспенивали в кипящей во­ де в течение 20—25 мин и высушивали при 30°С в тече­ ние 10—12 ч. После вспенивания средний диаметр гра­ нул был равен 2 мм. Стружка пенополистирола являет­ ся отходом производства при изготовлении газифициру­ емых моделей из пенополистирола. Различное количест­ во гранул пенополистирола и стружки вводили в смесь следующего состава:

Исследование физико-механических свойств получен­ ных смесей показало, что прочностные показатели смеси уменьшаются, а ее осыпаемость увеличивается.

При уплотнении жидкостекольных смесей пенополи­ стиролом происходит деформация вспененных гранул, которые принимают дисковидную форму. Поэтому введе­ ние гранул пенополистирола становится менее эффек­ тивным, так как в деформированном состоянии грану­ лы действуют подобно пенополистирольной стружке и, кроме того, увеличивают упругую деформацию смеси.

197

Нагревание формы при заливке смеси выше 150— 200°С приводит к оплавлению гранул пенополистирола, в результате чего общий объем пор в смеси увеличива­ ется и делается в несколько раз больше, чем в случае уплотненной смеси. При увеличении пористости смеси происходит уменьшение ее прочностных показателей, увеличение газопроницаемости и значительное улучше­ ние выбиваемости.

Влияние добавки пенополистирола на выбиваемость жидкостекольных смесей оценивалось по работе, затра­ чиваемой на пробивку стержня технологической пробы, по методу ЦНИИТМаш. С увеличением содержания пе­ нополистирола в смеси до 25 объемн. % прочность ее в залитом состоянии уменьшается в 3—4 раза по сравнению с прочностью смеси без добавок пенополи­ стирола.

Для жидкостекольных смесей в уплотненном состо­ янии не имеет значения, в каком виде вводится пенопо­ листирол: в виде гранул или в виде стружки; во всех случаях важно лишь количество пенополистирола. Кро­ ме того, добавка пенополистирола действует как угле­ родсодержащая, создавая восстановительную атмосфе­ ру в литейной форме при заливке, что значительно уменьшает образование трещин в стали и снижает при­ гар на стальном литье.

Применение пенополистирола в мебельной промышленности

Низкая кажущаяся плотность, незначительное водопоглощение и сравнительно высокая прочность пенопо­ листирола обусловили его широкое применение в ме­ бельной промышленности.

Технологический процесс формования мебели из пе­ нополистирола беспрессовым методом позволяет изго­ тавливать кресла и диваны любой формы с криволиней­ ными и разнотолщинными элементами. При этом мас­ са изделий снижается в 3 раза, полностью использу­ ется сырье (пенополистирол), частично механизируются обойные работы, высвобождается значительное количе­ ство дефицитных материалов — твердых лиственных по­ род древесины, значительно сокращаются трудовые за­ траты, уменьшается технологический цикл, увеличивает-

198

ся полезный объем продукции с 1 м2 производственных площадей.

Рассмотрим некоторые способы переработки пенопо­ листирола, применяемые в производстве мебели.

Литье под давлением. Этот метод применяется при изготовлении изделий небольших размеров, в основном различной фурнитуры: ручек и футорки для корпусной и кухонной мебели.

Недостатками метода изготовления деталей из пено­ полистирола литьем под давлением являются сложность получения деталей с низкой кажущейся плотностью и большая стоимость литьевых машин и технологической оснастки.

Экструзия. Этим способом можно получать листы, профили, прутки, трубы и другие изделия из пенополи­ стирола. Сущность процесса экструзии состоит в следу­ ющем. При определенном давлении и температуре в цилиндре экструдера разлагается большая часть вспе­ нивающего агента, образовавшийся газ растворяется в исходном полимере, находящемся в расплавленном со­ стоянии. При движении расплава к головке экструдера он продолжает насыщаться непрерывно выделяющимися газами. По выходе из экструдера при атмосферном давлении (т. е. при давлении меньшем, чем в экструде­ ре) расплав становится пересыщенным и выделяющий­ ся газ вспенивает полимер. Кажущаяся плотность экст­ рудированного пенополистирола зависит главным обра­ зом от температуры расплава. При высоких температу­ рах экструдирования (205—230°С) кажущаяся плотность пенополистирола достигает 0,58 г/см3, при низких тем­ пературах (140°С) она равняется 0,07 г/см3.

Производительность экструдера при скорости враще­ ния червяка 20 об/мин составляет примерно 45—57 кг/ч.

Недостатками экструзионного метода формования изделий из пенополистирола являются невозможность получения разнотолщинных элементов, а также необхо­ димость применения дополнительного сложного обору­ дования (вакуумформовочных машин) для придания формы полученному листовому материалу. Кроме того-, увеличение мощности экструдеров приводит к увеличе­ нию расхода электроэнергии.

В мебельной промышленности из полученных экстру­ зией пенополистирольных листов и пленок можно фор­

199