Блочные ппу на простых полиэфирах

В настоящее время блочный ППУ на простых полиэфирах производит­ся во многих странах. В результате совершенствования рецептуры зали­вочных композиций разработан высокоупругий пенопласт, отличающий­ся долговечностью и превосходными эксплуатационными свойствами.

Блочный ППУ на простых полиэфирах холодного формования изго­тавливают по непрерывной или периодической схеме. При непрерывном производстве блочного ППУ применяют машины, обеспечивающие непрерывную подачу композиции. В них при получении эластичного ППУ дозируется обычно три компонента: полиэфиры, изоцианаты и активатор, повышающий активность, избирательность и устойчивость катализаторов. Такие машины выпускаются многими зарубежными фирмами, например в ФРГ машины IBT-65 фирмы "Десма Верке".

Технические характеристики машин IBT

1	2	3	4
показатели	IBT-66	IBT-63	IBT-65
Производительность, кг/мин	15	35	70
Длина конвейерной ленты, м	6	8	12
Размеры блока, м:
ширина	0,6…1,05	0,6…1,65	0,6…2,15
высота	0,30	0,40	0,55

Машины типа IBT имеют высокую производительность, на них полу­чают блочный ППУ высокого качества. Однако эти машины отличаются сложной конструкцией, при их остановке происходят большие потери материала.

Машины серии Н конструктивно проще и обеспечивают практически безотходное производство. В этих машинах полиэфирная композиция и активатор предварительно смешиваются в специальной камере, дози­руются два компонента. Машины выпускаются различной производи­тельностью: Н-44 - 20 кг/мин; H-150 - 30 кг/мин; Н-20К - 0,5…0,4 кг/мин; Н-100К - 0,5…2 кг/мин; Н-165К – 5…33 кг/мин. Потери реакционной смеси при остановке первых двух машин 20 г, остальных машин — 2 г.

В Англии для получения блоков из эластичного ППУ применяют машины фирмы "Вайкинг" производительностью 75…450 кг/мин, с помощью которых можно получить блоки размерами 1,5x1м; 2,2x1м и 2,2x1,2м. В этих машинах постоянно регулируется плотность материа­ла. В Италии машины различной производительности для получения блоч­ного ППУ выпускает фирма "Интерпластик".

При непрерывном технологическом процессе получения блочного ППУ из рабочих емкостей с помощью дозирующих насосов компоненты постоянно подаются в смесительную головку машины, где происходит их перемешивание. Полученная смесь струей выливается на непрерывно движущийся конвейер, покрытый бумагой, выполняющий роль антиад­гезионного слоя. Смесительная головка с помощью каретки совершает возвратно-поступательное движение в направлении, перпендикулярном направлению движения формы. Равномерно заливаемая смесь начинает сразу вспениваться. Непрерывный конвейер со вспененным ППУ прохо­дит через туннель, оснащенный сильной вытяжной вентиляцией для отсо­са выделяющихся газов. По выходе из туннеля обрезаются боковые кромки отвержденного вспененного материала и раскраиваются блоки длиной 1 ... 4 м, которые направляются на склад вызревания при темпе­ратуре 20…25°С в течение 3…5 сут. для завершения реакции полиме­ризации. В процессе вызревания из блоков выделяются токсичные газо­образные продукты (цианистые соединения, угарный газ и др.), поэтому блоки должны свободно обдуваться воздухом.

Финской фирмой "Эспе" освоена новая высокопроизводительная технология (maxfoam) приготовления блочного материала. Принци­пиальное отличие новой технологии заключается в том, что процесс образования пенопластов происходит не за счет вспенивания компози­ции, сопровождающегося увеличением высоты блоков, а за счет того, что предварительно вспененную реакционную смесь заставляют "подни­маться вниз".

Пенопласты, полученные по новой технологии, обладают следующими преимуществами: четким прямоугольным поперечным сечением; высо­той большей, чем у блоков, изготовленных по обычной технологии; очень незначительной разницей плотности верхней и нижней части блока; высокими физико-механическими свойствами; тонкой поверхностью пленки.

Производство блочного пенополиуретана осуществляется с помощью специальных машин для вспенивания, которые обеспечивают получение блоков длиной 300…700 м, шириной 2 м и высотой свыше 1 м. Блоки разрезают на заготовки длиной 30 или 60 см, которые выдерживают в течение 1 сут в специальном цехе отверждения (рисунок 14), а затем 1…2 сут на складе вызревания для обеспечения оптимальной аэрации. Полу­чаемый пенопласт имеет открытоячеистую структуру, обеспечивающую высокую воздухопроводность.

На специальных станках, производящих горизонтальную, вертикаль­ную и профильную резку, получают детали мебели различной конфигу­рации (рисунок 15 и 16).

Рисунок 14. Выдержка заготовок в цехе отверждения

Рисунок 15. Образцы элементов из блочного ППУ, полученных при применении различных

видов резок

Рисунок 16. Изготовление деталей мягкой мебели из различных элементов

Выпускаемые фирмой "Эспе" пенопласты HR и суперфлекс-33 соче­тают высокие поверхностную мягкость и упругость с отличной несущей способностью. Они сохраняют свою упругость и твердость даже после 5…10 лет эксплуатации.

Исследования, проведенные фирмой, показали, что величина остаточ­ной деформации материала влияет на срок его службы и скорость ослаб­ления упругой деформации. Так, установлено, что срок службы пено­полиуретана с остаточной деформацией 3% — примерно 10 лет, тогда как при остаточной деформации 5% он не превышает 4лет (рисунок 17, а). Плотность пенопласта также влияет на его долговечность: чем она выше, тем больше срок службы (рисунок 17, б).

Рисунок 17. Зависимость долговечности пенополиуретана от остаточной деформации

(а) и плотности (б) пенополиуретана.

Срок службы, лет

Срок службы, лет

остаточная деформация, % Плотность, кг/м3

а б

На стадии отверждения блочного пенополиуретана начинается аэрация (воздухозаполнение) пенопласта. При вспенивании композиции проте­кает экзотермическая реакция, при этом внутри блоков температура достигает 120…160°С. В результате охлаждения отвержденных бло­ков находящийся в них газ начинает сжиматься. Так как структура по­лучаемого пенопласта в основном состоит из открытых ячеек, освобож­дающееся пространство заполняется воздухом — происходит процесс аэрации, продолжительность которого составляет примерно 2 сут.

Качество пенопласта во многом зависит от условий окружающей сре­ды, в которых протекает его отверждение: температуры, относительной влажности и давления воздуха. При низкой температуре твердость изготовляемого пенопласта возрастает. Величину твердости можно регу­лировать путем соответствующих изменений рецептуры композиции. При увеличении влажности твердость образующегося пенопласта сни­жается. Это обусловлено тем, что молекулы воды разрывают водород­ные связи в полиуретанов ых молекулах, оставаясь на концах разор­ванной связи. Когда такой пенопласт помещают в сухое помещение или в помещении снижается влажность воздуха, молекулы воды отрываются, связь восстанавливается и твердость пенопласта возрастает.

Возрастание давления воздуха приводит к повышению плотности пенополиуретана (рис. 18).

Рисунок 18. Зависимость плотности блочного пенополиуретана от давления окружаю­щего воздуха

Плотность, кг/м3

Давление воздуха, Пс

Это обусловлено тем, что возникающее при вспенивании противодавление при более низком давлении воздуха обеспечивает получение более прочного и легкого пенопласта. При уве­личении давления воздухе, участвующего в процессе вспенивания, повышается плотность материал.

К эластичным пенопластам,применяемым в качестве настилочных материалов, предъявляются следующие основные требования: высокая упругая деформация; поверхностная мягкость; хорошая несущая способность.

Пенопласт марки HR – высокоэластичный материал с повышенной упругостью. Упругость эластичных пенопластов определяют по величине отскока металлического шарика в процентах от высоты сбрасывания. Упругость пенополиуретана на сложных полиэфирах составляет 35…40 %, пенополиуретана на простых полиэфирах 45…50%, пенополиуретана HR 60…70%.

Плотность пенополиуретана марки HR35 кг/м³, остаточная деформация после динамической нагрузки (испытания по британскому стандарту DD31) после восстановления через 10 мин. составляет 2%, через 24ч - 0%; обычного пенополиуретана на простых полиэфирах соответственно 5% и 2%. Фирма выпускает пенопласты марки НR в огнезащищенном исполнении с пониженным дымообразованием.

Комбинированный пенопласт Суперфлекс-ЗЗ представляет собой сочетание пенополиуретана на простых полиэфирах и вспученных пенополистирольных гранул, расширяющихся за счет теплоты реакции вспенивания. При этом объем гранул пенополистерола увеличивается в 50…100 раз. Плотность пенопласта 33кг/м³; он обладает высокой поверхностной мягкостью, упругой деформацией и несущей способностью. Содержащиеся в материале гранулы пенополистирола выполняют роль амортизаторов. Суперфлекс-33 имеет открытоячеистую структуру, в результате чего характеризуется высокой воздухопроводностью, что очень важно при изготовлении мебели для спален и других изделий для длительного отдыха.

Качество настилочных пенопластов определяется коэффициентом удобства, который характеризует степень прогиба при нагружении. Он получается делением твердости при сжатии пенопласта до 65% первоначальной толщины на твердость при сжатии материала до 25%. Чем больше этот коэффициент, тем комфортнее изделие мягкой мебели, изготовленное с применением такого материала. Коэффициент удобства различных настилочных пенопластов: пенополиуретана-3, пенорезины - 3, Суперфлекс-ЗЗ – 5…6

Установлено, что при коэффициенте удобства выше 3 способность пенопласта воспринимать нагрузки плавно растет (рисунок 19), причем полностью исключается явление оседания настилочного материала.

При изготовлении блочного ППУ на простых полиэфирах холодного формования по периодическому способу применяют устройство для формования прямоугольных блоков с постоянным поперечным сечением (без выпуклой верхней стороны), что снижает количество отходов. Как правило, установки периодического изготовления блочного ППУ менее механизированы и автоматизированы, чем установки непрерыв­ного действия.

Рис. 19. Коэффициенты удобства раз­личных настилочных материалов;

1 - ППУ на простых полиэфирах;

2 - высокопластичного ППУ; 3 -комбинированного пенопласта (Суперфлекс-33)

Твердость, Н

Степень сжатия, %

В ФРГ разработана и внедрена в производство установка ВМ-100 для получения блоков размерами 2x1x1 м с плоской верхней поверхностью. В этом случае реакционную смесь готовят, как правило, с определенной величиной загрузки и после смешения компонентов выливают в пря­моугольную форму, выложенную бумагой, играющей роль разделитель­ного слоя. Форму вручную накрывают специальным приспособлением для формирования плоской поверхности при вспенивании композиции. Размеры форм, а следовательно, и получаемых блоков могут меняться и зависят в основном от размеров, и конфигурации выпускаемых изде­лий мебели. В результате внедрения установок ВМ-100 на предприятиях, выпускающих мягкую мебель с применением ППУ на простых поли­эфирах, снижаются транспортные расходы, так как для жидкого сырья требуется меньше транспортных средств, чем для готового пенопласта.

Детали простой формы получают путем горизонтальной, вертикаль­ной или диагональной резки (рис. 20, а, б). Для получения деталей более сложной формы осуществляется профильная резка (рис. 20, в). Ряд за­рубежных, фирм выпускает высокопроизводительные, обеспечивающие высокую точность обработки автоматические и полуавтоматические станки для фигурной (профильной) резки блочного эластичного ППУ на простых полиэфирах. Это фирмы "Боймер" и "Киффель" (ФРГ), "Афролин" (Англия) и др. Станки эти, как правило, управляются с распреде­лительного пункта. На них можно производить с помощью специальных ленточных, ножей как горизонтальную, так и вертикальную резку.

Рис. 20. Изготовление деталей мяг­кой мебели из блочного ППУ на простых полиэфирах: а- простой формы горизонталь­ной резкой; б - простой формы диагональной резкой; в - сложной формы профильным фрезерованием

Блочный ППУ на основе простых полиэфиров холодного отверждения раскраивают в настоящее время на ленточных станках, закругления фрезеруют, сращивание отдельных элементов производится, с помощью электронагрева.

Широко известно оборудование для изготовления и раскроя блоков пенополиуретана на простых полиэфирах фирмы "Альбрехт" (ФРГ). Одна из последних разработок фирмы — полностью автоматизированный станок для раскроя блочного пенополиуретана по определенному конту­ру, управляемый с помощью компьютера.

В СССР. разработаны станки для. резки блочного ППУ, у которых режущим элементом является нагретая нихромовая проволока диамет­ром 0,5 мм. Эти станки конструктивно очень просты и обеспечивают высокую точность обработки (± 0,5 мм) и небольшое оплавление ма­териала. Детали, полученные профильной резкой, применяют непосредст­венно как элементы мягкой мебели или склеивают для изготовления требуемых элементов сложной конфигурации.

Изготовление блочного ППУ на простых полиэфирах (ППУ-ВЭ и ППУ-5-30) организовано на Киевском заводе химикатов.

При использовании блочного ППУ на простых полиэфирах в произ­водстве мягкой мебели сложных форм требуются дополнительные трудозатраты по сравнению с применением формованных элементов. Кроме того, получается значительное количество отходов и повышается расход клеевых материалов. Поэтому при изготовлении изделий мягкой мебели сложной конфигурации целесообразнее использовать формован­ные детали из эластичного ППУ на простых полиэфирах холодного формования.

УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА

В связи с увеличением объемов производства и применения ППУ на простых полиэфирах холодного формования, особенно блочного, проб­лема использования его отходов становится чрезвычайно актуальной. Это обусловлено, с одной стороны, относительно высокой стоимостью и дефицитностью исходного сырья, с другой - требованиями охраны окружающей среды.

В настоящее время многие предприятия, выпускающие элементы мягкой мебели из эластичного ППУ на простых полиэфирах, производят захоронение отходов на специально отведенных местах - свалках, так как сжигание ППУ из-за выделения токсичных газов производить нельзя. Образующиеся газы загрязняют атмосферу, кроме того, требуется непрерывное увеличение площадей под свалку, расходы на транспорти­рование и захоронение отходов. На ряде отечественных мебельных предприятий применяют различные способы утилизации отходов ППУ: дробление их и использование полученной крошки для изготовления подушек, производства некоторых изделий мягкой мебели, набивки жгутов для упаковки мебели, изготовление мягких игрушек и других изделий бытового и технического назначения.

Наиболее экономически эффективным является способ получения вторично вспененного ППУ. Этот способ широко применяется во многих зарубежных странах (ФРГ, Франции, Англии, Дании, США и др.). Фирма "Хума" (Дания) разработала способ получения настилочного материала из отходов пенополиуретана высоких плотности и упругости. Фирма производит оборудование для изготовления такого пенопласта.

Производственный процесс включает дробление отходов на частицы размером 8…35мм. Получение определенного размера крошки дости­гается за счет использования регулирующего устройства. Полученная крошка поступает в бункер, из которого подается в дозатор. Подача крошки и взвешивание контролируется с помощью компьютера. В смесительную камеру поступает крошка и компоненты системы в опре­деленном количестве с помощью дозирующего насоса в соотношении 9:1. После перемешивания смесь выгружают в пресс-форму. Реакция протекает в течение нескольких минут, после чего блоки выгружают и выдерживают в течение 8 ч для полного отверждения.

В СССР работает несколько установок по переработке отходов элас­тичного ППУ (Сызранское ПО „Пластик", Киевский завод химикатов и др.). Разработана технология изготовления вторично вспененного ППУ (ТУ 6-05-1872—79). ППУ ВВ может выпускаться трех типов, со следую­щими показателями физико-механических свойств: кажущаяся плот­ность пенопласта I типа 60…80кг/м³, II типа 80...100кг/м³, III ти­па 100…14 кг/м³, остаточная деформация после нагрузки в течение 72 ч не более 10%.

ППУ ВВ с кажущейся плотностью до 100кг/м³ рекомендуется приме­нять в производстве мебели самостоятельно или в сэндвич-конструк­циях. Поверх настила из ППУ ВВ предусматривается выравнивающий слой ватина толщиной 10мм.

Технология изготовления ППУ ВВ включает: дробление отходов на роторной ножевой дробилке (диаметр крошки 25—30мм); подачу крошки пневмотранспортом в бункер; дозирование с последующим поступлением крошки в смесительный барабан; одновременную подачу из рабочих емкостей под высоким давлением компонентов А и Б (12…20МПа для компонента А и 7…12МПа для компонента Б) в соотно­шении 4:1 в форсунки смесительного барабана, где за счет противотока происходит распыление компонентов и перемешивание с крошкой в течение 4…6мин; выгрузку полученной смеси в форму и прессо­вание с максимальным усилием 0,75Н; выдержку в сушильной камере при температуре 60…100 °С в течение 30 ± 10мин или 3 ч при темпе­ратуре 18...20 °С; извлечение полученных блоков; вызревание ППУ ВВ в течение 24 ч при температуре 18…20 °С; резку блоков на листы требуемой толщины.

Одним из путей сокращения расхода пенополиуретана является произ­водство деталей мягкой мебели с дифференцированной плотностью в зависимости от функционального назначения. Это достигается путем варьирования соотношения количества компонентов и газообразователя. Поданным НПО "Молдавпроектмебель", при изготовлении деталей с диф­ференцированной плотностью экономия ППУ составляет до 15 %. Кроме того, снижение расхода ППУ до 10…15 % достигается за счет одно­сторонней перфорации элементов (как и в пенорезине с диаметром от­верстий 40…50 мм, расположенной в шахматном порядке с тыльной стороны). Толщина перемычек между пустотами - не менее 20 мм.

Применение ППУ на простых полиэфирах холодного формования, осо­бенно при производстве мягкой мебели сложных форм, дает большой экономический эффект за счет снижения трудозатрат в 6…10 раз. Кроме того, ППУ холодного формования используют для изготовления беспружинных элементов, что позволяет экономить до 800 кг металли­ческой проволоки на 1 т ППУ.