книги из ГПНТБ / Федоров К.Г. Смолы из газа
.pdfальные вещества — ¡пластификаторы или другие веще ства, предотвращающие разложение.
Действие пластификаторов основано на следующем явлении. Некоторые органические соединения, как, на пример, эфиры многоооновных кислот: фталевой, адипи новой, фосфорной и других, при смешении с порошком поливинилхлоридной смолы проникают внутрь частиц полимера и раздвигают тесно оплетенные цепочки круп ных молекул его. В результате этого цепи полимера ста новятся более подвижными. Уже при температуре 90— 110°С смолу можно перерабатывать, не опасаясь, что она разложится.
При применении пластификаторов получается мяг кий, резиноподобный материал, п<оторый легко формует ся и прокатывается в пленку. В этих случаях снижается прочность материала на разрыв и на сжатие, со време нем полимер становится хрупким, так как пластифика тор легко вымывается из него. Поэтому в том случае, ког да необходимо получить изделия прочные и стойкие к хи мическим реагентам, применяют поливинилхлорид без пластификаторов или с очень малым содержанием их.
Для того чтобы материал не разлагался при подо греве, к нему добавляют специальные химические веще ства — стабилизаторы. Они поглощают выделяющийся при разложении поливинилхлоридной смолы хлористый водород и тем самым задерживают дальнейшее разло жение. К стабилизаторам относятся различные соедине ния 'свинца (свинцовые (белила, свинцовый глет, свинцо вый сурик), некоторые органические соединения (стеа раты бария, кальция, цинка), сода и др.
Материал, который получается без применения пла стификаторов, обладает высокой механической и химиче ской стойкостью. Его называют жестким поливинилхло ридом.
20
Основные процессы в производстве изделий из поли винилхлоридных смол следующие. В специальный сме ситель загружаются поливинилхлоридная смола, пласти фикатор, стабилизатор и краситель. Этот аппарат напоминает корыто прямоугольной формы, в котором на горизонтальных валах размещены две вращающиеся 7-образные лопасти, обеспечивающие хорошее переме шивание маесы. Мешатель снабжен паровой рубашкой и механизмом, с помощью которого корыто может пере ворачиваться, чтобы выгрузить реакционную массу.
В мешателе происходит не только процесс смешения: при подогреве пластификатор быстро проникает внутрь ч а с т и ц иоливи,иилхларидной смолы, а полимер «набуха
ет». Таким способом приготавливаются композиции для получения мягких пластифицированных пластмасс на основе поливинилхлорида. Процесс приготовления ком позиций для получения твердых непластифицированных
пластмасс |
отличается |
от предыдущего |
только |
тем, что |
в смесь |
компонентов не добавляется |
пластификатор. |
||
Если он |
иногда и вводится, то в небольших |
количе |
||
ствах. |
смешения |
масса подвергается пластикации. |
||
После |
Этот процесс состоит в том, что под действием тепла и давления отдельные частицы поливинилхлорида об разуют гомогенную, то есть однородную пластичную
маосу.
Внастоящее время распространенным методом пла стикации является вальцевание. При этом процессе смесь сначала обрабатывается на смесительных фрик ционных вальцах при температуре 170°С. Порция массы из смесителя помещается на валки вальцов. Валки вра
щаются навстречу друг другу. Скорость их вращения несколько различна. Поэтому смесь, попавшая в зазор между валками, подвергается истиранию. Часть крупных
21
цепей полимера разрывается, остальные вытягиваются в одном направлении. В результате такой обработки уве личивается пластичность массы.
Значительную роль играет в процессе температура вальцевания. Чем она выше, тем быстрее протекает про цесс образования гомогенной пластической массы. Более низкая температура (ниже температуры текучести) при водит к механической деструкции полимера, то есть к разрыву цепей за счет механического воздействия при вальцевании. При этом температура текучести постепен но снижается до температуры вальцевания, при которой и образуется гомогенная пластичная масса. В этом слу чае механическая прочность полимера соответственно уменьшается.
Вконце процесса готовый продукт получается в виде сплошного пластичного полотна. После окончания валь цевания его обрезают и пропускают между валками ка ландра. Если же необходимо получить сырье для произ водства различных профилей методом, экструзии, полот но разрезают на ленты.
Впоследнее время широкое распространение получил метод пластикации с помощью шнекпрессов.
Шнекпресс своим устройством напоминает большую мясорубку. В нем имеется цилиндр, внутри которого рас положен шнек. Цилиндр снабжен полостями. >В них по дается вода для охлаждения или пар для обогрева. В со временных машинах обогрев полостей цилиндра осуще ствляется с помощью электронагревателей. Шнек внутри может охлаждаться воздухом или водой. На конце ци линдра устанавливается диск с отверстиями, через кото рые выдавливается пластифицированная масса.
Шнекпресс устроен таким образом, что свободное пространство между шнеком и цилиндром к выходу по степенно уменьшается,
22
Благодаря этому на выходе из цилиндра материал подвергается большому давлению. Давление и одновре менный подогрев обеспечивают получение гомогенной пластичной массы.
При выходе из шнекпресса масса выдавливается че рез решетку в виде жгутиков, которые затем разрезают на гранулы размером 2—3 мм и в таком виде использу ют для дальнейшей переработки в изделия.
■Полученные ленты или гранулы перерабатывают не сколькими методами. Одним из них является формова ние н е п р е р ы в н ы м в ы д а в л и в а н и е м . Основ ной агрегат, применяемый при этом процессе, — шнекмашина. По-английски она называется экструдером, а процесс — соответственно экструзией.
В зависимости от конструкции головки, устанавливае мой на выходе материала из аппарата, получается тот или иной вид изделия. Так, если головка имеет кольце вое отверстие, будет получаться тонкостенный шланг.
Методом формования непрерывным выдавливание^ производят специальный светотермостойкий кабельный пластикат, марки «шланговый», который применяют для изготовления электроизоляционных шлангов.
Состав этого пластиката следующий:
Поливинилхлоридная смола марок ПВХ С-1, |
|
|
||
ПВХ С |
- 2 ................................................... |
100 весовых частей |
||
Пластификатор марки ВСФ (фталат спиртов |
» |
» |
||
С7- С 9) |
.................................................... |
50 |
||
Силикат свинца (стабилизатор) |
15 |
* |
» |
|
Стеарат кальция (стабилизатор) |
. 3 |
|
||
Трикрезилфосфат (пластификатор) . |
10 |
3> |
» |
|
Моностраль |
(краситель синий) . |
0,7 |
|
Смешение компонентов производят в специальном смесителе непрерывного действия. Он состоит из двух камер. В верхней камере смола смешивается с горячим пластификатором при температуре 78—85°С, а в нижней
23
происходит «набухание» смолы за счет нагрева ее через рубашку смесителя горячим глицерином до температуры
95— 105°С.
После смешения масса обрабатывается в шнекмашине и затем поступает на 'грануляцию. Здесь жгутики раз резаются на небольшие кусочки — гранулы. С помощью вакуумтранспорта готовая • продукция подается к месту упаковки, где расфасовывается в мешки с вкладышами из поливинилхлоридной пленки и направляется потреби телю.
В дальнейшем пластикат применяют для покрытия кабеля или провода. Вот как это производят. В шнекпрессе гранулы кабельного пластиката расплавляются под давлением и при повышенной температуре. Выходя из аппарата, шланг из поливинилхлорида затвердевает и образует прочную оболочку поверх проволоки, которая выходит одновременно с шлангом.
На Украине все больше, предприятий по изготовле нию кабелей с поливинилхлоридной изоляцией входят в строй действующих. Одним из таких является донецкий завод «Донбасскабель», введенный в эксплуатацию в 1962 г. В 1964 г. этот завод выпустил таких силовых и контрольных кабелей более 2650 км.
Методом непрерывного формования на шнекпрессе можно получить и листовой твердый поливинилхлорид. Его называют винипластом. Для 'производства этого (про дукта из поливинилхлоридной смолы готовят смесь ком понентов из следующего расчета, в граммах:
Поливинилхлоридная смола марки ПВХ С-4, |
|
|
100 |
|||||||
ПВХ С-5 или ПВХ С -6 .......................................... |
|
|||||||||
Свинцовый глет-стабилизатор . |
. |
. |
. |
. ■. |
|
2,5 |
||||
Стеарат |
кальция — стабилизатор . |
. |
. |
. |
|
2.5 |
||||
Стеарин (для снижения трения млссы при обра |
1 |
2,5' |
||||||||
ботке) |
. |
. |
. |
. |
|
, |
• . |
. |
||
Трансформаторное |
масло — |
мягчитель . |
. . . . |
|
2,5 |
24
Компоненты перемешивают в течение 40—50 мин в лопастном смесителе. Одновременно массу подогревают.
При достижении температуры 100°С ее выгружают и подвергают пластикации и формовке на вальцах н калан дре или в шнекмашине.
Длительное время вальцово-каландровый способ был основным при переработке поливинилхлоридной смолы на винипласт. По этому способу смесь после мешателя обрабатывают на двух последовательно расположенных вальцах при температуре 160— 170°С. Затем гомогенную массу подают на каландр. Из него выходит жесткая пленка винипласта толщиной 0,3— 1,0 мм. Ее разрезают на листы определенной длины и используют для произ водства листового винипласта прессовым методом.
Но более прогрессивным способом производства вини пласта в настоящее время является экструзионный. Он показан на рис. 2.
Смесь компонентов готовят в таком же составе, как
ипри каландровом способе. Массу смешивают в смеси теле при температуре 100°С, затем подвергают грануля ции на выходе из шнекового пресса. После ©того она по ступает на экструдер со щелевой головкой. Выходящий оттуда пластичный материал пропускают между двумя полированными металлическими .валками, которые слу жат одновременно и дл>я калибровки листа но толщине
идля охлаждения. Полученную сплошную ленту разре зают гильотинными ножницами на листы заданной
длины.
Этот метод наряду с высокой производительностью обеспечивает более высокое.и стабильное качество про дукции.
Из жесткого поливинилхлорида изготовляются мето дом экструзии на шнекпрессах и профильные изделия: трубы, стержни и т. д.
25
Рис. 2. Схема |
производства |
винипласта экструзионным |
методом: |
I — бункера для сырья; 2 — смеситель; 3 — шнскпресс для |
пластикации |
||
и грануляции; А — шнскпресс |
со щелевой головкой* 5 — охлаждающие и |
||
тянущие валки; |
6 — ножницы |
для обрезки; 7 — готовая продукция. |
При производстве труб на выходе из пресса устанав ливается формующая головка, выполненная в виде коль
ца, а ври изготовлении |
стержней |
применяют головку |
||
с отверстием необходимого диаметра. |
|
|||
Следующий |
метод |
переработки — это |
г о р я ч е е |
|
ф о р м о в а н и е |
б е з |
д а в л е н и я . |
Он |
применяется |
при покрытии ткаши поливинилхлоридной пастой и от ливке паст в формы. После проведения этих операций необходима желатннизация, то есть набухание массы. Поэтому ее нагревают в специальной камере. Здесь же изделие принимает окончательную форму.
Листы из поливинилхлорида и профильные изделия могут подвергаться механической обработке — точению» фрезерованию, сверлению, строжке, вырубке, а также
26
склеиванию или сварке с помощью струи горячего воз духа.
Когда необходимо получить некоторые мелкие изде
лия— фланцы, прокладки, |
клапаны |
и другие детали |
|
арматуры, применяется у д а р н о е |
п р е с с о в а н и е |
||
при в ы с о к о м |
д а в л е н и и. |
|
|
При получении |
листовых |
материалов из нескольких |
более тонких листов пользуются методом горячего прес сования.
О Б Л А С Т И П Р И М Е Н Е Н И Е П О Л И В И Н И Л Х Л О Р И Д Н Ы Х С М О Л
Сейчас представить какую-то отрасль промышленно сти трудно без поливинилхлоридных смол. Изготовляе мые из них изделия значительно дешевле и зачастую «вы носливее» металлических.
Потребности народного хозяйства в поливинилхло ридных смолах и роль этого полимерного материала сре ди других пластмасс представлены в табл. 4.
Такая большая потребность в поливинилхлоридных смолах вызвана тем, что эти смолы обладают рядом раз нообразных ценных качеств. Они и обуславливают при менение изделий из этих пластиков в самых различных отраслях народного хозяйства.
Электротехническая промышленность
Поливинилхлоридные смолы используются .в кабель ной промышленности в качестве изоляционных и защит ных покровов. Кроме дорогого и дефицитного свинца, они заменяют каучук, текстильную пряжу и изоляцион-
27
Т а б л и ц а 4
НАМЕЧАЕМОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ПЛАСТИКОВ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ СССР В 1970 ГОДУ
Основные плас
тические массы
и синтетические
смолы
Потребление
| |
|
|
тяжелая промыш ленность |
легкая и |
пищевая промыш |
|
1 |
|
по |
отраслям, тыс. ш |
|
|
ленность |
строитель ство и стройма териалы |
прочие отрасли |
Общая по требность, тыс. т |
Поливинилхло |
|
|
|
|
|
ридная смола и |
|
|
|
|
|
сополимеры . . |
220—240 |
140—160 |
150—180 |
150—200 |
700—720 |
Полиолефины |
|
|
|
|
|
(полиэтилен, |
|
|
|
|
|
полипропилен) . |
150—160 |
20— 40 |
110—130 |
150—180 |
470—480 |
Полистирол . . |
50— 60 |
40— 50 |
60— 70 |
30— 50 |
200—210 |
Фенолформаль |
340—360 |
40— 50 |
45— 60 |
15— 20 |
460—470 |
дегидные смолы |
|||||
и прессопорошки |
|
|
|
|
|
Карбамидные |
20— 30 |
100—120 |
400—450 |
10— 20 |
570-580 |
смолы . . . . |
ные масляные пропиточные материалы. Применение 1 г поливинилхлорида высвобождает около 4 тсвинца, 30 кг хлопчатобумажной ткани и шелковой нитки. Кроме того, уменьшается вес кабеля, упрощается технология произ водства.
Кабели и провода с поливинилхлоридным покрытием применяются для телефонизации и радиофикации сел и городов.
Для строительства 100 км воздушных линий требует ся 2,5 тыс. иг3 леса, 16 тстальной проволоки, 7,5 тыс. изо ляторов и 7,5 тыс. телеграфных крючьев. Если же радио фикация или телефонизация осуществляются кабельны ми линиями, в этом случае потребуется только 2,1 т
28
меди и 3 тполивинилхлоридного пластика. При .этом ка питальные затраты будут на 9,57 тыс. руб. меньше.
Поливинилхлоридные пластикаты известны в кабель ной промышленности под следующими названиями: «пла стикат для кабелей», «пластикат температуроустойчивый для кабелей», «пластикат светотермостойкий», «пласти кат специальный», «'Пластикат прокладочный» и др.
В нашей стране кабели с поливинилхлоридной изоля цией .применяются при напряжении 15—20 кв, некоторые из них способны работать в интервале температур от
+ 80 до -60°С.
На кабельных предприятиях нашей страны выпу скается также изоляционная поливинилхлоридная лента, покрытая подклеивающим слоем.
Наша промышленность выпускает такую ленту не скольких марок— ПХЛ-0,2; ПХЛ-0,3 и т. д., которые различаются между собой, в основном, толщиной и ши риной.
Лента применяется для изоляции проводов, для со единения кабелей. Такая изоляция оправдывает себя в условиях резко изменяющихся температур, большой влажности и наличия вибрации. Она хорошо противо стоит действию минерального масла, асфальто-масляно го лака, имеет хорошую морозостойкость.
Технологический процесс получения изоляционной ленты состоит в следующем.
На поливинилхлоридную пленку специальными ма шинами наносится растворенный в этилацетате перхлор виниловый клей из расчета 50— 120 г на 1 м2 пленки. Для равномерности нанесения слоя его подогревают до тем пературы 60—70°С. После нанесения клея ленту подсу шивают в сушильной камере и сматывают в рулоны диа метром 70—90 мм.
29