книги из ГПНТБ / Павлов В.А. Пенополистирол

мовать различные емкости для кухонной мебели, кото­ рые в настоящее время изготавливают из дорогого уда­ ропрочного листвого полистирола,

Наименее механизированным из всех процессов про­ изводства мебели является процесс изготовления мяг­ кой мебели, особенно с разнотолщинными и криволиней­ ными элементами (кресла, диваны).

Применение формовочных каркасов и блоков из пе­ нополистирола позволяет разработать принципиально новые конструкции кресел, диванов и стульев, которые невозможно изготовить из древесины.

Кроме каркасов кресел и диванов, из пенополистиро­ ла изготавливают детали для этих же изделий: боковые стенки, спинки и подлокотники, сиденья.

Рабочие кресла и кресла для общественных зданий изготавливают из блоков, к которым в процесе формо­ вания в пресс-форме приформовывают фанеру толщиной 8—10 мм.

Диваны, как правило, изготавливают из каркасов, от­ формованных из пенополистирола, и их конструкция аналогична конструкции кресла для отдыха.

Различные элементы мебели из пенополистирола из­ готавливают спеканием гранул методом теплового уда­ ра. Это позволяет унифицировать технологический ре­ жим формования каркасов и блоков независимо от их размеров и наличия разнотолщинных и криволинейных элементов.

Для формования чаще всего используют пресс-фор­ мы, изготовленные из алюминиевого сплава. В процес­ се их эксплуатации крепежные элементы (петли, экс­ центриковые зажимы), соединенные болтами с наруж­ ными стенками, быстро расшатываются, что приводит к образованию облоя. Ремонт этих пресс-форм достаточ­ но сложен, так как не на всех предприятиях сваривают алюминиевые сплавы. Кроме того, в сварных швах час­ то образуются трещины.

Для устранения этих недостатков был разработан и успешно внедрен на промышленных предприятиях мо­ дельно-макетный способ изготовления пресс-форм . из листовой стали. Для этого по деревянной или гипсовой модели каркаса кресла изготавливают наружные и внут­ ренние стенки пресс-формы, к которым приваривают ру­ башки. Крепежные элементы приваривают к наружной

200

поверхности откидной части пресс-формы и крышке. Опыт изготовления таких пресс-форм показал их высо­ кие эксплуатационные качества и длительный срок службы без ремонта. Если алюминиевые пресс-формы должны изготавливаться на специализированных пред­ приятиях, в литейных цехах, то пресс-формы из листо­ вой стали можно изготовить в любой механической мас­ терской. Трудоемкость изготовления таких прессформ снизилась в 10 раз, стоимость в 5 раз.

Для каждой серии кресел и диванов достаточно из­ готовить по одной пресс-форме и, применяя в процессе формования закладные детали различной формы, можно получать отформованные каркасы или блоки, различа­ ющиеся по форме и размерам боковых стенок и спинок.

В настоящее время проводятся проектно-конструк­ торские работы по расширению ассортимента мебели с применением пенополистирола.

При обивке каркасов и блоков сложной формы с криволинейными и разнотолщинными элементами мно­ гие операции приходится выполнять вручную. Кроме то­ го, при раскрое ткани остается большое количество от­ ходов (до 30% от общего расхода обивочной ткани).

Отделка каркасов и блоков из пенополистирола син­ тетическими материалами в процессе формования поз­ воляет исключить обойные работы, полностью исполь­ зовать материалы, снизить стоимость мягкой мебели и повысить срок ее службы. Отделочный материал ме­ нее изнашивается, чем ткань, что особенно важно при эксплуатации кресел и стульев, например, в клубах, двор­ цах культуры, театрах и кинотеатрах и т. п. Такая мебель практична, ее можно мыть теплой водой с мылом.

Для получения отделочных покрытий (лицевой слой мебели) используют поливинилхлоридные пластизоли. В процессе формования пенополистирола в пресс-форме на его поверхности образуется полимерная пленка. Поли­ винилхлоридный пластизоль в процессе сушки (пленкообразования) не должен давать усадки. Прочность сцепления можно повысить, увеличивая поверхность контакта. Истираемость покрытий из поливинилхлорид­ ных пластизолей в 2 раза меньше, чем мебельных оби­ вочных тканей (гобеленов).

В настоящее время разработаны технологические ре­ жимы формования каркасов и блоков мягкой мебели из

201

.пенополистирола с одновременной отделкой наружной поверхности поливинилхлоридными пластизолями.

Основными показателями качества пенополистирола, используемого при изготовлении мебели, являются его прочностные характеристики. При эксплуатации мебели с жесткими каркасами или блоками из пенополистирола последние испытывают чаще всего усилие сжатия. Поэ­ тому изменение прочности при сжатии при 10%-ной. деформации пенополистирола в конструкциях мебели может служить главным показателем, определяющим его долговечность. Данные о прочности при сжатии при 10%иной деформации приведены в табл. V.13.

Т а б л и ц а VI . 13. Долговременная прочность кресла из пенополистирола

Наибольшая потеря прочности при эксплуатации в течение первого года объясняется следующими причина­ ми. Вследствие применения смеси вспененного и невспененного пенополистирола содержание изопентана в от­ дельных ячейках различно. Поэтому различно и напря­ жение, возникающее в различных участках материала в момент формования. Под действием этих напряжений происходит образование трещин и их разрастание. В дальнейшем процесс образования трещин замедляется, поскольку напряжение в стенках ячеек постепенно уменьшается.

Процесс образования трещин ускоряет также окисли­ тельная деструкция полимера, скорость которой посте­ пенно увеличивается в течение определенного времени, а затем резко снижается. Это связано с образованием от-

202

иосительно стабильных продуктов в результате хими­ ческих изменений структуры в процессе деструкции.

Методом инфракрасного спектрального анализа 138 установлено, что в пенополистироле в период наиболее интенсивного уменьшения прочности наблюдается зна­ чительное увеличение содержания кислородсодержащих групп (образование соединений типа ароматических эфиров и кислот, а также ароматических перекисей).

Относительно небольшую потерю прочности после третьего года эксплуатации изделий с пенополистироль­ ными каркасами можно объсянить следующими причи­ нами. На третьем году эксплуатации каркасов из пено­ полистирола остаточные напряжения, вызванные формо­ ванием, отсутствуют, т. е. устранена основная причи­ на образования трещин. Кроме того, за это время ус­ певает в основном закончиться окислительная деструк­ ция.

Мягкая мебель, находящаяся в жилых помещениях или в общественных зданиях, защищена от прямого действия солнечной радиации, а рассеянный свет, про­ никающий через окна, действует главным образом на обивочную ткань, которой покрыты каркасы. Поэтому каркас из пенополистирола не подвергается фотоде­ струкции.

Полимерный материал считается пригодным для экс­ плуатации до потери 50% исходной прочности. Расчет показывает, что срок службы мебели из пенополистиро­ ла равен 31 году 138.

Экономическая эффективность применения пенополистирола в мебельной промышленности

Для определения экономической эффективности при­ менения пенополистирола для изготовления, например, кресел необходимо сравнивать трудовые затраты на изготовление каркаса или блока кресла из пенополисти­ рола с затратами на изготовление таких же элементов из древесины или выклейных элементов аналогичной геометрической формы.

Ниже показана экономическая эффективность при­ менения пенополистирола при изготовлении 50 000 кре­ сел в год ,38:

203

Сумма годового экономического эффекта рассчитыва­ ется по формуле:

каркасом требуется 30 единиц оборудования, а с карка­ сом из пенополистирола — 15 единиц оборудования, т. е. вдвое меньше.

Пенополистирол применяется не только для изготов­

корпусной мебели, кузовов грузовых автомобилей и раз­ личных емкостных элементов из листовых материалов, полученных методом экструзии. Освоен, например, ме­ тод изготовления дверей трехслойной конструкции. По этому методу на поливинилхлоридный дублированный лист, смазанный изнутри контактным клеем, кладут де­ ревянную рамку, засыпают предварительно всепененный пенополистирол, укладывают второй лист, и весь пакет помещают в пресс для формования. Пресс нагревается токами высокой частоты. Продолжительность цикла фор­ мования — 8 мин, производительность пресса — 30 из­ делий (дверей) в час.

Аналогичным способом можно изготовить щитовые элементы корпусной мебели, облицованные с двух сто­ рон рубашками из строганой фанеры. Дверь платяного шкафа, изготовленная из древесностружечной плиты, ве­ сит 18 кгс, а из пенополистирола — 2,5 кгс, т. е. в 7 раз меньше. Себестоимость двери со средним слоем пено­ полистирола меньше себестоимости двери из древесно­ стружечной плиты на 1 руб. 19 коп.

204

Применение пенополистирола для упаковки

Легкость пенополистирола, хорошие амортизацион­ ные свойства и низкая теплопроводность делают его ценным упаковочным материалом. Из пенополистирола изготавливают упаковку, соответствующую по форме из­ делию и поглощающую удары при перевозках. Разрабо­ тана новая упаковка из пенополистирола, которая от­ части компенсирует такой его недостаток, как эластич­ ность; это «вермишель» из пенополистирола, которая за­ полняет пустоты в таре для транспортировки изделий 248.

Пенополистирол особенно ценен для упаковки хруп­ ких изделий, например флаконов. В этом случае изго­ товляют одногнездные или многогнездные футляры из пенополистирола.

Пенополистирольная упаковка выгодно отличается от картонной и древесно-стружечной красивым внешним видом, легкостью и упругостью. Время, расходуемое на упаковку, сокращается на 20%' и снижается ее стои­ мость. Пенополистирольные футляры являются тропи­ костойкими. Они не пропускают водяных паров при от­ носительной влажности воздуха 90% и защищают изде­ лия от плесени, грибков и грызунов. Наилучшими амор­ тизационными и изоляционными свойствами обладает пенополистирол с кажущейся плотностью 0,036— 0,055 г/см3. Футляры из такого пенополистирола обес­ печивают сохранность стеклянных флаконов при паде­ нии их на бетонный пол, а также при длительной тряс­ ке при транспортировке их по железной дороге.

Толщина стенок футляров 6 (в мм) для стеклянных флаконов зависит от массы загрузки и кажущейся плот­ ности футляра и определяется по эмпирической форму­ ле:

Q - Н - У ■Р

= 0,48

а

где Q — масса упаковываемого материала, г; Я — высота паде­ ния, см; V — кажущаяся плотность футляра, г/см3; Р — напряже­ ние в флаконах при падении, кгс/см2; а — ударная вязкость, кгс-см/см2.

Производство пенополистирольных футляров может быть организовано на предприятии в короткий срок. Для массового их изготовления рекомендуется использовать карусельную машину.

205

Хорошие теплоизоляционные свойства пенополисти­ рола позволяют использовать его для «сохранения хо­ лода». Так, в пакете из пенополистирола мороженое сохранялось твердым в течение 2 ч при температуре воз­ духа 30°С. Из пенополистирола изготавливают ведерки для льда, термосы, специальные портативные холодиль­ ники для напитков и т. п.

Из экструдированного пенополистирола на'бумажной

ческом оборудовании. Пленка удобна для тиснения и печати.

Пенополистирол широко применяют для упаковки различных чувствительных приборов. Эти приборы очень хрупки и малейшие перегрузки при транспортировке вы­ водят их из строя (нарушается тарировка приборов, раз­ биваются стекла) 250. Часто высокочувствительный и точный прибор требует дорогой, трудоемкой и сложной упаковки, что значительно увеличивает его стоимость. Недостатки существующей технологии упаковки точ­ ных малогабаритных приборов особенно остро ощуща­ ются при их транспортировке и погрузочно-разгрузоч­ ных операциях.

Традиционными материалами для упаковки приборов являются картон, дерево, различные виды упаковочной и оберточной бумаги, а амортизирующими материала­ ми — древесные стружки, обрезки бумаги. Старая кон­ струкция тары и упаковочные материалы не отвечали предъявляемым к ним требованиям. Необходимо былоразработать соответствующие конструкции и изыскать, новые, более современные упаковочные материалы.

Такими материалами явились пластические массы,, превосходящие по своим свойствам все специализиро­ ванные традиционные упаковочные материалы. Они нетолько надежно защищают изделия от механических по­ вреждений при транспортировке, но и предохраняют их от действия температурных колебаний, проникновения влаги и сырости.

Научно-исследовательская лаборатория тары (НИЛТара) Министерства лесной, целлюлозно-бумаж­ ной и деревообрабатывающей промышленности. СССР-

206'

разработала конструкцию тары для упаковки точных и чувствительных приборов с использованием пенополи­ стирола; при этом сделана попыткаобъединить в- одно целое первичную тару и амортизатор, а иногда и футляр.

Технико-экономические исследования газонаполнен­ ных пластмасс, технология их изготовления, обеспечен­ ность народного хозяйства сырьем позволили рекомендо­ вать в качестве упаковочного материала пенополистирол марки ПСБ. Этот пенопласт обладает хорошими физико­ механическими и демпфирующими свойствами, не под­ вержен действию гнилостных грибков и бактерий, а тех­ нология его изготовления и аппаратурное оформление крайне просты.

Технологический процесс формования амортизаторов можно легко организовать на любом предприятии. В экспериментальной мастерской НИЛТары беспрессовым методом были отформованы опытные партии амортиза­ торов для приборов на очень простом оборудовании; (ванна с горячей водой или автоклав, сетчатые поддо­ ны и термошкафы для сушки гранул, алюминиевые пресс-формы). Предложенный процесс упаковки точных и чувствительных приборов состоит из укладки прибора

фиксацию прибора, предотвращая тем самым его пере­ мещение во время транспортировки и погрузочно-раз­ грузочных операций. Исходя из габаритов и массы приборов, могут быть разработаны и изготовлены амортизаторы как для индивидуальной, так и для груп­ повой упаковки. Амортизатор для индивидуальной упа­ ковки прибора состоит из корпуса и крышки. В корпусе размещены также комплектующие и запасные детали. Таким образом, амортизатор является и первичной та­ рой, и футляром. Амортизатор для групповой упаковкиприборов состоит из однотипных прокладок с соответст­ вующими конфигурацией и размерами, причем каждая прокладка является корпусом для одного прибора я крышкой для другого. Герметизация достигается ок­ лейкой амортизатора по стыку корпуса и крышки, а

207

также прокладок при групповой упаковке липкой поли­ мерной лентой.

Применение пенополистирола в качестве упаковочно­ го материала особенно перспективно при воздушных пе­ ревозках приборов 250.

Сравнение средней стоимости традиционной и пено­ полистирольной упаковок для одного прибора показало экономическую целесообразность применения пластмас­ совой тары для упаковки точных приборов.

Применение для упаковки точных и чувствительных приборов пенополистирола имеет следующие преимуще­ ства по сравнению с обычной упаковкой:

гарантирует сохранность и работоспособность прибо­ ров во время погрузочно-разгрузочных работ и перево­ зок;

уменьшает расход древесины и стоимость упаковки; значительно снижает трудовые затраты на упаковку

приборов; снижает массу упаковки на 30—40%, а объем упа­

ковки на 10—20%.

Тара для упаковки электровакуумных приборов (ЭВП) должна обладать хорошими амортизационными свойствами, быть прочной, транспортабельной, компакт­ ной, удобной для складского и бытового хране­ ния, герметичной, технологичной в изготовлении, удоб­ ной и красивой. Кроме того, она должна иметь низкую стоимость.

Всем этим требованиям удовлетворяет тара из пено­ полистирола. Пенополистирольная тара красива, легка и упруга, удобна при транспортировке, надежно предохра­ няет изделие от механических повреждений, коррозии, плесени, грызунов, морского тумана и резких перепадов температуры. Кроме того, при ее использовании сокра­ щается время на упаковку и складирование. Пенополи­ стирольная тара обладает хорошими амортизационными свойствами и достаточной прочностью.

Обычно кенотроны и металлокерамические лампы упаковывают в картонную тару, которую устанавливают в фанерный ящик. Фанерные ящики подвешивают на пружинах. Вместо этой громоздкой тары раз­ работана тара из пенополистирола с толщиной стенки

30мм.

При выборе материала учитывают стоимость и воз-

208

можиость механизации и автоматизации процессов из­ готовления тары и упаковки в нее ЭВП. Изготовление тары из пенбполистпрола можно полностью автоматизи­ ровать. В настоящее время разработаны автоматические линии для производства тары из пенополистирола и упа­ ковки в нее изделий.

Для получения сравнительных данных о затратах на транспортировку ЭВП (ламп) в картонной и пенополи­ стирольной таре использовали следующую схему расчета:-

число ламп, отгружаемых в картонной и пенополи­ стирольной таре, одинаково;

отношение числа ламп, упаковываемых в индивиду­ альную тару, к числу ламп, упаковываемых в групповую тару, равно 1: 4;

кажущаяся плотность пенополистирольной тары 0,05 г/см3;

пункт назначения один и тот же; вид отправки — почтой.

Расчет транспортных расходов на 1 млн. ламп пока­ зал, что расходы при перевозке ЭВП в пенополистироль­ ной таре на 23% меньше, чем при перевозке их в кар­ тонной и деревянной таре. Это объясяняется меньшей массой пенополистирольной тары. Если учесть, что зна­ чительная часть ЭВП отправляется самолетами, эконо­ мия будет еще больше.

Хранение тары на складе также связано с большими издержками. Пенополистирольная тара не нуждается в особых условиях складских помещений, так как она не впитывает влагу, не увеличивается в массе, не гниет, не истлевает и не образует питательной среды для плес­ невых и гнилостных грибков.

Объем индивидуальных пенополистирольных коробок по сравнению с объемом картонных увеличивается на 20%, а объем групповых коробок уменьшается «а 25%. Чем меньше отношение числа ламп, упакованных в ин­ дивидуальные коробки, к числу ламп, упакованных в групповую тару, тем больше экономится площадь склад­ ских помещений. При рациональном выборе метода из­ готовления тары и упаковки ЭВП с применением подвес­ ных бункеров для хранения индивидуальных коробок эта экономия достигнет около 35%.