книги из ГПНТБ / Павлов В.А. Пенополистирол

жительность выдержки можно сократить за счет повы­ шения температуры прессования.

Слишком быстрый подъем температуры при прессо­ вании, неравномерный обогрев пресс-формы, избыток материала, недостаточное давление прессования приво­ дят к получению материала с неодинаковой структурой или к браку.

Оптимальные параметры прессования зависят от природы применяемого газообразователя и требований, предъявляемых к пенопласту. Так, при использовании минеральных газообразователей, имеющих низкую тем­ пературу разложения, температура прессования должна быть в пределах 120—130° С при продолжительности выдержки 2 мин па 1 мм толщины заготовки. Повыше­ ние температуры прессования до 160—170° С позволяет сплавить порошкообразную композицию в монолитную заготовку без выдержки. Однако при быстром повыше­ нии температуры карбонат аммония может разложиться значительно раньше, чем полистирол переходит в вяз­ котекучее состояние по всей толщине заготовки (для увеличения текучести полимера в рецептуру вводят небольшое количество спирта). Вследствие этого в центре заготовки полимер будет еще находиться в виде порошка. В этом случае образуется пенопласт неравно­ мерной структуры — в середине плиты элементарные ячейки имеют больший размер, чем по краям.

Прессование без выдержки позволяет на 10—50% увеличить производительность пресса и упрощает конт­ роль за технологическим режимом. Прессованием без выдержки получают пенопласт ПС-4, если он предна­ значается для использования в качестве теплоизоляции, для изготовления различных вкладышей и т. д.

Органические газообразователи разлагаются при более высокой температуре, чем минеральные, поэтому температура прессования с выдержкой повышается до 130—140° С при использовании порофора ЧХЗ-57 и до 140—150° С при использовании диазоаминобензола. Вы­ сокие температуры разложения этих газообразователей позволяют получать пенопласты с мелкоячеистой струк­ турой прессованием без выдержки.

При получении пенополистирола с малой кажущей­ ся плотностью проводят подвспенивание заготовки в пресс-форме в конце выдержки. В этом случае кажуща­

30

яся плотность пенополистирола уменьшается без увели­ чения содержания газообразователя в рецептуре и. Подвспенивание осуществляют с помощью плавного спуска давления пресса, вследствие чего в пресс-форме подни­ мается пуансон, увеличивая высоту заготовки. В ре­ зультате подвспенивания кажущаяся плотность сни­ жается на 30—50%. После выдержки заготовку охлаж­ дают до 25—30° С в течение 20—30 мин и извлекают из пресс-формы.

При вспенивании заготовку вторично нагревают при 85—110° С до размягчения полимера. Нагревание про­ водят с помощью пара, воды или горячего воздуха. Насыщенный водяной пар обычно используют при вспе­ нивании отпрессованных заготовок ПС-1 и ПС-4 (при 98—100° С). Пенопласт ПС-2 можно вспенивать в атмо­ сфере горячего воздуха при 110—130° С. Под влиянием возрастания давления газа в заготовке увеличиваются уже имеющиеся ячейки, а в результате снижения рас­ творимости газа в полимере образуются новые. Так как при прессовании практически невозможно обеспечить равномерный обогрев всей заготовки, вспененные плиты пенопласта приобретают несколько изогнутую форму. Для устранения этого дефекта заготовки вспенивают в камерах, снабженных гидравлическим приспособлени­ ем для выпрямления. По окончании процесса вспенива­ ния в камерах создается небольшое (0,1—0,5 кгс/см2) давление, в результате чего пластины выпрямляются, затем охлаждаются водой. Вследствие этого в готовом пенопласте возникают остаточные напряжения.

Если вспенивание и охлаждение заготовок проводят в перфорированных металлических ограничительных кассетах, внутренний размер которых соответствует окончательным размерам плит, выпрямление их из­ лишне.

При получении пенопластов с малой кажущейся плотностью нужно очень внимательно отнестись к вы­ бору газообразователя. Так, используя в качестве газо­ образователя динитрил азо-бис-изомасляной кислоты, по существующей прессовой технологии невозможно полу­ чить пенопласт с кажущейся плотностью 0,05 г/см3 да­ же при увеличении количества газообразователя до 6—7%. Применение же минерального газообразователя позволяет получить пенопласт с кажущейся плотностью

31

■0,03 г/см3. Это объясняется различным пластифицирую­ щим действием продуктов разложения газообразователей разной природы и зависит от их газового числа и. Так, пенопласт ПС-2 невозможно получить с кажущей­ ся плотностью меньше -0,10—0,12 г/см3 из-за незначи­ тельного газового числа диазоаминббеизола и пласти­ фицирующего действия, оказываемого на полистирол продуктом его разложения — дифениламином.

В процессе вспенивания элементарные ячейки, содер­ жащие газ и твердые продукты разложения газообразователя, увеличиваются в объеме, а стенки ячеек по­ степенно становятся все тоньше. К концу вспенивания, когда кажущаяся плотность пенопласта достигает 0,03—0,04 г/см3, устанавливается равновесие между дав­ лением газа в элементарных ячейках и силами, препят­ ствующими увеличению размеров пенопласта. Если про­ цесс вспенивания продолжать, то газы прорвут стеики элементарных ячеек, находящихся на поверхности, и при 95—97° С произойдет усадка пенопласта. Если в стадии равновесия начать охлаждение пенопласта, то также произойдет его усадка, так как при охлаждении вслед­ ствие малой теплоемкости пенопласта быстро снижается температура материала, а следовательно, и уменьшается давление газа в элементарных ячейках.

Вспенивание и охлаждение пенопласта в вакууме позволяют получать материал с кажущейся плотностью ниже 0,05 г/см3.

Пенопласты на основе хлорпроизводных стирола с кажущейся плотностью от 0,04 до 0,2 г/см3 получают по описанной выше технологии с применением дииитрила азо-бис-изомасляной кислоты. Пенополистирол, полу­ ченный по прессовой технологии, как правило, имеет высокие механические показатели, малое водопоглощение благодаря большому содержанию замкнутых ячеек. Однако широкому внедрению этого метода препятству­ ют сложность технологического процесса, громоздкие прессы и пресс-формы, отсутствие поточности производ­ ства. Несмотря на • отмеченные недостатки, прессо-ѵ вой метод получения пенополистирола продолжает

32

чествешюй промышленностью, по МРТУ 6-05-1178—69:

В основу изготовления пенопластов ПС-5, ПС-18, ПС-254 и ПС-БСГ положена технология, разработан­ ная для пенопласта ПС-1. В случае использования порофора 18 перед смешением с полистиролом его необхо-

димо подсушить (до влажности не более 0,5%). Под­ сушку следует вести небольшими количествами при 50—60° С. Иногда порофор сушат в смеси с полистиро­ лом (на 1 вес. ч. порофора 3 вес. ч. полистирола).

Полистирол смешивают с газообразователем в ша­ ровых мельницах в течение 14—18 ч. Готовую пресскомпозицию просеивают через сито, имеющее 900 от­ верстий на 1 см2. Приготовленную таким способом ком­ позицию перед прессованием хранят . в закрытых емкостях (бочках, бункерах и т. д.).

Прессование-проводят на гидравлических прессах в пресс-формах поршневого типа, обычно применяемых для прессования пенопластов ПС-1 и ПС-4. Режимы прессования пенопластов ПС-5, ПС-18, ПС-254 и ГІС-БСГ толщиной 20—22 мм приведены в табл. II. 1.

Отпрессованные заготовки до вспенивания можно хранить не более трех суток. Заготовки, полученные по режимам прессования, приведенным в табл. II.1, вспе-

Т а б л и ц а 11.2. Физико-механические свойства прессового пенополистирола

34

нивают в ограничительных формах-кассетах в среде насыщенного водяного пара при 98—100° С. Продолжи­ тельность вспенивания заготовок толщиной 20—22 мм при 98—100° С составляет 3—4 ч для ПС-5, ПС-18 и ПС-254 и 5 ч для ПС-БСГ. Вспененные плиты охлаж­ дают в кассетах холодной водой в течение 20—30 мин.

По физико-механическим свойствам пенополистирол

Разработаны методы получения изделий из пенопо­ листирола по прессовой технологии 14 с использованием полимер-мономерных паст (метод масштабного прес­ сования, метод самоформования и некоторые другие).

При изготовлении изделий методом масштабного прессования из пресс-композиции, .состоящей из' эмуль­ сионного полистирола и порофора ЧХЗ-57, сначала прессуют заготовку, геометрически подобную заданному изделию, но уменьшенных размеров. Затем эту заготов­ ку вспенивают и калибруют в ограничительной форме, внутренние размеры которой соответствуют наружным размерам изделия. Этим методом можно получать изде­ лия из пенополистирола с толщиной стенок не менее 4—6 мм. Глубина таких изделий не должна превышать их диаметра.

Сущность метода самоформования заключается в том, что сначала из эмульсионного полистирола, содер­

1,0 кгс/см2 в ограничительной форме формуют изделие. Этим методом получают изделия с отношением глубины изделия к диаметру не более 1,3.

Иногда необходимо получать более глубокие изделия (с отношением глубины изделия к его диаметру до 3) с толщиной стенки 4—7 мм, например герметизирующие колпаки волноводных трактов радиолокационных стан­ ций. Эти изделия должны обладать максимальной ра­ диопрозрачностью и сохранять герметичность при из­ быточном давлении до 1,2 кгс/см2. Для изготовления подобных изделий используют пенополистирольные за­

готовки, из которых вытягивают изделия. Этот метод имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, заго­ товка для изделия не может быть получена склеивани­ ем готовых листов пенополистирола, так как ие удается обеспечить герметичность изделия по клеевым швам. Кроме того, такие заготовки не могут иметь диаметр более 120 мм. Во-вторых, при механической обработке таких заготовок до 75—85% ценного полистирола пре­ вращается в стружку. '

С целью ликвидации этих недостатков был разрабо­ тан 14 метод изготовления глубоких изделий с исполь­ зованием полимер-мономерных паст. Сущность этого метода заключается в следующем. Изделие получают по методу масштабной полимеризации, но вместо порошко­ образной композиции применяют полимер-мономерную пасту, пластичность которой позволяет сомкнуть прессформу и отформовать заготовку при низких температуре и давлении. При последующей тепловой обработке фор­ мы с изделием происходит полимеризация мономера с одновременным разложением газообразователя. Также как и по .методу масштабного прессования, вначале прессуют заготовку, геометрически подобную заданно­ му изделию, но уменьшенных размеров. Коэффициент уменьшения линейных размеров п определяется из со­ отношения:

Полученную заготовку затем вспенивают и калибру­ ют в ограничительной форме. Внутренние размеры огра­ ничительной формы соответствуют наружным размерам заданного изделия.

В состав полимер-мономерной композиции входят: полистирол (эмульсионный), стирол, порофор ЧХЗ-57 и перекись бензоила. При тепловой обработке мономер, входящий в пасту, полимеризуется, причем образую­ щийся полимер имеет более низкий молекулярный вес, чем эмульсионный полистирол. Следовательно, увеличе­ ние содержания стирола в пасте снижает средний мо­ лекулярный вес полученного полимера, что приводит к снижению механических показателей и теплостойкости.

36

Однако чрезмерное снижение содержания мономера затрудняет приготовление композиции и оформление ее в изделие. Ниже приведен оптимальный состав компо­ зиции для приготовления полимер-мономерной пасты (в вес. ч.).

Полимер-мономерную пасту получают - в смесителе. Порофор ЧХЗ-57 и перекись бензоила растворяют в стироле, затем в смеситель постепенно засыпают поли­ стирол. Пасту перемешивают в течение 3—4 ч при ин­ тенсивном охлаждении. При хранении вязкость пасты 14 увеличивается. Так, относительная вязкость 1%-ного раствора пасты в бензоле через 96 ч после изготовления составляла 2,1, а начальная — 1,7.

Готовую пасту загружают в холодную пресс-форму, которая помещена в ручной или гидравлический пресс. Пресс-форму зажимают струбцинами и помещают в термостат, в котором проводят полимеризацию по сле­ дующему режиму:

прогрев пресс-формы до 120° С в течение 60—80 мин и выдержка при этой температуре 1 ч 30 мин;

прогрев пресс-формы до 140° С в течеи-ие 30 мин и выдержка при этой температуре 30 мин;

охлаждение пресс-формы до 60—70° С в течение 30— 40 мин и ее раскрытие.

Вследствие того, что коэффициент термического ли­ нейного расширения полистирола в несколько раз боль­ ше, чем у стали, при охлаждении в заготовке возника­ ют большие остаточные напряжения и она растрески­ вается н. Поэтому раскрытие пресс-формы нужно про­ изводить при температуре не ниже 60—70° С.

В табл. П.З показано, как влияет режим полимери­ зации на свойства пенополистирола, полученного на ос­ нове полимер-мономерной пасты.

Пресс-форма, применяемая для прессования загото­ вок из полимер-мономерных паст (рис. II.2 ),состоит из стальной тонкостенной матрицы 1 с вкладышем 4, ко­ торый препятствует образованию вакуума при распрессовке, стального тонкостенного пуансона 2, стального

37