книги из ГПНТБ / Павлов В.А. Пенополистирол

При расчете 171 режима и выборе способа охлажде­ ния необходимо учитывать размеры и конфигурацию из­ делия, перепад температур, существующий между более прогретыми поверхностями и менее нагретыми внутрен­

ними слоями.

На рис. III.21 представлены расчетная и эксперимен­ тальная 'кривые изменения температуры детали из пе­ нополистирола при охлаждении. Некоторое различие в

ходе экспериментальной и расчетной кривых можно объ­ яснить изменениём теплопроводности вследствие увели-

Т а б л и ц а Ш .12 . Продолжительность охлаждения слоев "блока пенополистирола, находящихся на различном расстоянии

от поверхности пресс-формы

Продолжительность охлаждения, мин

VТемпе­

ратура,

СС 12 мм 2С мм 50 мм 75 мм 100 мм 200 мм 250 мм 350 мм

76

чения влажности пенополистирола при окончательном вспенивании в горячей воде. Практически расчетные и экспериментальные данные хорошо согласуются.

В табл. III.12 приведены данные о продолжительно­ сти охлаждения (теоретической) блока пенополистирола в точках, находящихся на различном расстоянии от по­ верхности пресс-формы. Начальная температура блока 110°С, кажущаяся плотность 16 кг/м3, охлаждающий агент — вода с температурой 20°С.

Как видно из таблицы,—высокая температура в центре блока сохраняется длительное время, однако в ряде случаев нет необходимости охлаждать изделие по всей толщине — оно может быть удалено из формы после того, как наружные слои, охлаждающиеся быст­ рее, приобретут достаточную прочность. Эксперимен­ тальные кривые, характеризующие зависимость скоро­

Рис. II 1.23. Зависи­ мость продолжитель­ ности охлаждения пе­ нополистирола от тол­ щины .и кажущейся

плотности:

I ■— р=80 кг/м3; 2 — р = =50 кг/м3; 3—р=30 кг/м3; 4 — р = 16 кг/м3.

трещин на плоскости блока шириной до 10 мм и глуби­ ной 30—40 мм. Данные о продолжительности охлажде­ нияблоков пенополистирола в зависимости от толщины

71

и кажущейся плотности т приведены на рис. Ш.23. Ре­ зультаты исследования усадки деталей из пенополистиро­ ла при охлаждении приводятся в работах 173174.

Разделительные составы для изготовления деталей из пенополистирола

Для предотвращения прилипания деталей из пенопо­ листирола к пресс-формам применяют разделительные составы. Разделительный состав должен быть стойким при температурах не ниже 120°С, обеспечивать много­ кратный съем деталей после разового покрытия прессформы, легко наноситься на поверхность пресс-формы, быть дешевым и не дефицитным. Применение таких со­ ставов снижает пористость на поверхности детали, по­ вышает ее плотность, устраняет расслаивание детали при спекании гранул 164.

В качестве разделительного слоя предложена 163, в частности, эмульсия, которая состоит из талька (25 г) и хозяйственного мыла (25 г), растворенных при переме­ шивании в 1 л воды. В качестве разделительных соста­ вов используют также кремнийорганическую жидкость № 5, водную эмульсию, состоящую из 5% жидкости № 5 и 3% мыла, и др. Кремнийорганическая жидкость № 5 и составы на ее основе образуют на поверхности прессформы твердую пленку, которая является нейтральной по отношению к пенополистиролу и сохраняется при многократном съеме. Такие разделители, как, например, хозяйственное мыло, образуют на поверхности пресс-фор­ мы жидкую пленку, переходящую на рабочую поверх­ ность детали и пригодную только для одноразового ис­ пользования. Кремнийорганическая жидкость выдержи­ вает длительное нагревание при 120°С, не обладает кор­ розионной активностью, совершенно не токсична, может долго храниться, не испаряется и не разлагается при на­ несении на горячую поверхность 164.

Кремнийорганическую жидкость наносят с помощью пульверизатора на тщательно очищенную поверхность пресс-формы. На рабочей поверхности пресс-формы об­ разуется твердая, тонкая, прозрачная пленка, которую можно использовать для съема пяти (иногда и более) деталей. В случае применения жидкости № 5 в виде эмульсии с водой и мылом рабочую поверхность пресс-

72

формы следует покрывать эмульсией после каждой сня­ той детали.

Для приготовления эмульсии мыло растирают до сметанообраЗ'і-іой консистенции, после этого вводят ма­ лыми порциями жидкость № 5 и тщательно перемешива­ ют до получения совершенно однородной массы, которую затем разбавляют водой до необходимой концентрации. Эмульсию можно хранить не более 6 суток.

В качестве 'разделителей можно применять также олеиновую кислоту, глицерин (70%-ный водный рас­ твор), 2%-ный раствор воска в трихлорэтане, диспер­ сию воска ів воде или в касторовом масле, содержащую небольшие количества триэтаноламина и стеариновой кислоты 165.

Проектирование, изготовление и расчет пресс-форм

Качество получаемых из пенополистирола изделий во многом зависит от конструкции пресс-формы. В на­ стоящее время применяют главным образом металличес­ кие пресс-формы, которые изготовляют на металлорежу­ щих станках. В некоторых случаях, когда к чистоте по­ верхностей деталей предъявляют очень высокие требо­ вания, полости пресс-форм хромируют и полируют (главным образом формующие элементы). Для защиты от коррозии и увеличения срока службы стальных прессформ рекомендуется применять воронение поверхностей рабочих полостей. Пресс-формы могут быть одно- и мно­ гоместными. Одноместные пресс-формы проектируют для производства деталей крупногабаритных или слож­ ной конфигурации. Крупногабаритные пресс-формы и пресс-формы, изготовление которых связано со слесарно­ доводочнымиоперациями, рекомендуется изготовлять из алюминиевых сплавов.

Основной метод изготовления пресс-форм для полу­ чения изделий из пенополистирола — литье, главным об­ разом в песчацые формы 153' 154.

Конструкция пресс-формы для изготовления пенополи­ стирольных деталей должна быть достаточно прочной и жесткой, так как при вспенивании пенополистирол ока­ зывает давление на стенки пресс-формы до 3—5 кгс/см2 (в зависимости от кажущейся плотности). Необходимая жесткость достигается с помощью усиливающих ребер

73

и наружных буртов. Применение пресс-форм с .горизон­ тальным разъемом нецелесообразно. В этом случае раз­ борка пресс-форм и извлечение пенополистирольных де­ талей затруднены, так как при этом деталь в большинст­ ве случаев защемляется в верхней половине пресс-фор­ мы. Кроме того, неизбежно увеличивается объем и вес пресс-формы, усложняется ее конструкция (устройство дополнительных плоскостей разъема), увеличивается стоимость изготовления пресс-формы и снижается произ­ водительность труда.

Быстрота сборки и разборки пресс-форм существенно зависит от способа крепления ее частей. В многомест­ ных формах для крепления лучше всего применять эксцентриковые зажимы. При небольшом количестве де­ талей нужно применять откидные болты с барашками. В конструкциях тяжелых пресс-форм разъем корпуса следует по возможности предусматривать в вертикаль­ ной плоскости; при такой конструкции проще осущест­ вить сборку и разборку пресс-форм с помощью специ­ альных приспособлений 152. Детали из пресс-форм мож­ но извлекать с помощью протяжных рамок.

Для получения деталей очень сложной конфигура­ ции, когда изготовить металлические пресс-формы на металлорежущих станках невозможно или нецелесооб­ разно вследствие очень большой трудоемкости механи­ ческой обработки, пресс-формы следует проектировать литыми.

При проектировании пресс-форм необходимо стре­ миться к сокращению числа отъемных частей и стерж­ ней. Чем больше количество таких деталей, тем труднее обеспечить высокую точность деталей; кроме того, воз­ растает продолжительность сборки и разборки прессформ и уменьшается их долговечность. Поэтому следует предусмотреть постоянное закрепление стержней в прессформах.

Чистота поверхностей деталей пресс-форм опреде­ ляется классами чистоты (по ГОСТ 2789—59) с учетом условий эксплуатации деталей и узлов пресс-форм. Чи­ стота формующих полостей матриц, .пуансонов и всех других поверхностей, непосредственно соприкасающихся с пенополистиролом и участвующих в формовании дета­ ли, должна соответствовать 9—10-му классам чистоты в зависимости от назначения моделей. Чистота поверхно—

74

стей деталей, подвергающихся в работе трению, ио не участвующих в формировании детали, должна соответвовать 8-му классу. Чистота сопрягающихся поверхностей деталей іи элементов, 'ие работающих во время эксплу­ атации пресс-форм иа трение, долж« а быть ие ниже 7-го ■класса.

При изготовлении пресс-форм проводят расчет рабо­ чих полостей пресс-формы 148~151, а при их эксплуата­ ции — тепловой расчет 155' 155. Неправильный расчет или несоблюдение теплового режима пресс-формы является одной из причин брака. Тепловой расчет пресс-форм включает определение количества теплоносителя, число каналов в парораспределительной камере, их размеров и расстояний между «ими156. Так, при формовании изде­ лий из предварительно вспененных гранул диаметром около 5 мм, которые занимают 60% объема пресс-фор­ мы, оптимальная скорость пара при 100°С и давлении 1 кге/см2 должна составлять 0,47 м/с, а количество по­ ступающего в пресс-форму через 1 м2 парораспредели­ тельной поверхности пара составляет 1675 м3/ч. По дан­ ным табл. III.13 можно определить расход пара в зави­

Минимальное число отверстий, требующихся на 1 м2 поверхности парораспределительных камер, обеспечиваю­ щее турбулентность потока пара в пресс-форме, для

75

различных давлений пара при соответствующем диамет­ ре перфорации24 приведено в табл. 111.14.

76

При расчете паропроводов, ведущих к пресс-форме, исходят из равенства площади поперечного сечения паро­ провода сумме площадей отверстий парораспределитель­ ных камер. Допускается некоторое (до 10%) увеличение площади перфорации по сравнению с площадью сечения паропровода. Увеличивать диаметр паропровода против расчетного нежелательно, так как в этом случае может происходить перегрев металла вблизи отверстий для выхода пара и пригорание пенополистирола.

Изготовление изделий из пенополистирола с помощью токов высокой частоты

Метод формования деталей из пенополистирола в перфорированных металлических пресс-формах, нагрева­ емых водой или паром, имеет ряд недостатков: большая продолжительность процесса, необходимость сушки де­ талей после формования и др. В ряде стран, а также в

СССР для изготовления изделий из пенополистирола используют токи высокой частоты (ТВЧ) |8|~1Э4. Высоко­ частотный нагрев позволяет значительно сократить про­ должительность изготовления деталей из пенополистиро­ ла за счет сокращения продолжительности предвари­ тельного вспенивания гранул и исключения стадии их сушки.

При высокочастотном нагреве гранулы предваритель­ но вспененного полистирола засыпают в форму из не­ проводящего материала и помещают в поле высокочас­ тотного конденсатора. Полистирол и особенно пенополи­ стирол характеризуются чрезвычайно малым тангенсом угла диэлектрических потерь и практически не нагрева­ ются в электрическом поле, поэтому принимают специ­ альные меры 185 для повышения их tgö.

Одним из путей увеличения tgö является обработка гранул электролитом, в частности водой. В результате такой обработки гранулы пенополистирола покрываются тонкой пленкой электролита, причем необходимо, чтобы электролит равномерно обволакивал все гранулы. Каче­ ство перемешивания зависит в основном от смачиваю­ щих свойств поверхностно-а'ктивтіого вещества, входяще­ го в состав электролита, конструкции смесителя, точно­ сти дозировки электролита и способа его подачи в сме­ ситель.

77

По способу18S, предложенному фирмой «Köppers», предварительно вспененные гранулы увлажняют водой, которая в электрическом поле превращается в пар и равномерно разопревает все гранулы. Количество воды составляет 4—6 г/дм3, в некоторых случаях — до 8 г/дм3. Для увеличения выделения тепла в воду добавляют не­ много поваренной соли или других веществ. Для улуч­ шения смачивания гранул иногда в раствор добавляют смачивающие агенты. Поскольку пар образуется внутри материала и его количество невелико, а излишки пара уходят через специальные отверстия в форме или через зазор между ее частями, готовый продукт получается почти сухим.

По другому способу, разработанному американской фирмой «Dynospan», добавки, увеличивающие tgö, вво­ дят в процессе полимеризации или после нее 187І88.

Форма для высокочастотного формования должна быть изготовлена из непроводящего материала, который имеет малую величину tgö. Подходящим материалом для этой цели является древесина. Для снижения водопоглощения и диэлектрических потерь, а также уменьше­ ния прилипания пенополистирола к стенкам сухую дре­ весину пропитывают смолами. Деревянные формы деше­ вы, однако мало пригодны для изготовления больших партий изделий. Лучшими являются формы из полипро­ пилена, а также из полиэфирных и эпоксидных смол, усиленных стеклянным волокном. Форму заполняют че­ рез отверстия в верхней части; при использовании сжа­ того воздуха продолжительность заполнения сокращает­ ся до долей секунды !84.

В отличие от всех методов внешнего нагревания при высокочастотном нагреве тепло выделяется внутри ма­ териала, и поверхностные слон могут оказаться недо­ статочно нагретыми, поэтому форму следует делать из материала с малой теплопроводностью.

В большинстве случаев для нагревания формы в по­ ле токов высокой частоты используют конденсатор с плоскими электродами189. Если конфигурация детали сложна или деталь имеет глубокие выемки, необходимо применять фигурные электроды или специальную схему их расположения. В этих случаях электроды могут быть встроены в форму.

Продолжительность нагревания в поле ТВЧ составля­

78

ет 10—60 с. В качестве источников энергии используются ламповые генераторы для высокочастотного нагрева мощностью от 5 до 40 кВт, работающие при частотах от 5 до 30 мГц, а в отдельных случаях до 70 мГц І90; напря­ женность поля составляет 500—1000 В/см.

Особое значение высокочастотный нагрев приобрета­ ет при изготовлении деталей, имеющих внешнее покры­ тие. К ним относятся некоторые виды упаковки, детали холодильников, плавающие средства, детали теплоизоля­ ции и т. д. Очень перспективно применение высокочас­ тотного нагрева для получения плакированных и арми­ рованных пенополистиролов І84' 188. Разработана установ­ ка 1Э0, которая производит непрерывную ленту пенопо­ листирола, с двух сторон покрытую пластмассовыми листами. Установка состоит из двух конвейерных лент, проходящих между электродами конденсатора. На них находятся облицовочные листы, смазанные клеем. Меж­ ду ними засыпают гранулы предварительно вспененного пенополистирола, которые в поле высокой частоты рас­ ширяются и приклеиваются к облицовке. Плавающие средства, имеющие тканевые покрытия, изготовляют пря­ мо в этих оболочках. Оболочки заполняют гранулами, смоченными в воде, и ставят на конвейер, проходящий через высокочастотный конденсатор. Такая установка в США производила за 1 мин 12 спасательных кругов или 30 поплавков 191>192.

Сравнительные характеристики 186 изделий из пенопо­ листирола, полученных при использовании ТВЧ и при нагревании паром, предстаівлены в табл. III.16.

79