Экструзионные изделия из вспененных термопластов находят широкое применение в различных областях техники. Это трубы, шланги, листы, различные профили м т. д. Кажущаяся плотность материала составляет 500—1100 кг/м3.

Экструзионные пенопрофили получают из различных термо­пластов; наибольшее применение нашли ПВХ, ПЭ. ПП, ПС, ЛБС-пластик и некоторые другие.

Принцип технологии заключается в экструзии расплава тер­мопласта, насыщенного газом через профилирующую головку. В качестве газообразователей применяют как химические, так и физические газообразователи. ХГО используют при получении профилей на основе ПВХ; прн получении пенополиэтилеиовых и пенополястирольных профилей предпочтение отдастся физиче­ским г а зооб р азо ва теля м.

Экструзия изделий проводится на стандартном оборудовании., конструктивные особенности которого рассматриваются ниже. Расплав термопласта, насыщенного газбм. экструдируется через п роф и пирующую гол ов ку.

По принципу вспенивания экструзия пенотермопластов под­разделяется на экструзию со свободным вспениванием и экстру­зию вспениванием внутрь.

По первому способу выходящий из головки экструдера рас­плав, не встречая ограничений, вспенивается под действием растворенных в нем газов и лишь после этого поступает в ка­либрующее устройство. Далее профиль проходит охлаждающую

Pile. 12.12. Схема получе­ния псиопрофилей методом пспештаиия внутрь:

t z г ь

/ — цилиндр; 2~ головка; И — т«|н:<ми, V — полость: 5 — ка­

либрующее устройство 6— кор­ча нтделня: 7 - асгененная серд - нсиикл

ванну, в которой за счет интенсивного охлаждения водой обра­зуется твердая поверхностная корка толщиной около 0.1 мм.

По второму способу (рис. 12.12) насыщенный газом распл. м нз цилиндра 1 поступает в головку 2, в которой установлен, горпеда 3. Расплав обтекает торпеду и отжимается к стенках головки, высвобождая пространство в центральной зоне экстру - дата (за торпедой — полость 4, с пониженным давлением). В эту полость и начинается вспенивание — отсюда и название - вспе­нивание внутрь. Вспенивание происходит в калибрующем уст­ройстве -5, охлаждаемом водой. В результате образуется нитег ральиая структура профиля — твердая поверхностная корка О толщиной около I мм и вспененная сердцевина 7.

Ниже рассматривается технология экструзии пеноизделий с помощью химических и физических газообразователей.

Технология получения вспененных ПВХ-профилей с химиче­скими газообразователями. Метод применяется для получения листов, труб, поливочных шлангов, деталей мебели и других из­делии с кажущейся плотностью 950 кг/м3.

В состав рецептур входят поливинилхлорид, газообразова­телн, стабилизаторы, пластификаторы, смазки, модифицирую шие добавки, наполнители.

Обычно применяется суспензионный или массовый (блочный Г1ВХ с константой Фикентчера 00—70; высокомолекулярный ПВХ рекомендуется для пластифицированных изделий.

Из газообразователей чаще всего используется азодикарбо­намид— порофор ЧХЗ-21, хорошо совмещающийся с полимере п разлагающийся в присутствии активаторов разложения в пп - роком температурном интервале от 1G0 до 210“С. что важп при получении различных типов изделий.

В качестве стабилизаторов применяются обычные для ПЗ термо - и светостабилизаторы (стеараты кальция, бария, цп;р а также различные свинцовые соединения). Из пластификатор, применяются фталаты (при получении шлангов) и иолиэфирш: пластификаторы. Смазки (парафины, парафиновые масла. ; ки) вводятся в композицию для снижения внутреннего н л него трения расплава. Модифицирующие добавки ваодчт>

улучшения технологичности композиции и эксплуатационных свойств изделий. Так. добавление в композицию каучуков по­вышает ударную вязкость изделия. Из наполнителей чаше всего применяется мел.

100 1.5 0,2 10

Ниже приводится описание технологии получения деталей для мебели из композиции примерного состава (в масс, ч.):

Винипласт гранулированный 1 (олкэфнрлый пластификатор Порофор ЧХЗ-21 Дробленые отходы винипласта

Композицию готовят в центробежном лопастном смесителе при температуре не выше 90 °С.

Экструзия проводится в температурном интервале 150— 1S0°C (по зонам цилиндра), при частоте вращения червяка 20—30 об/мин к скорости отвода профиля около 10 м/мин. Ка­либратор устанавливается на расстоянии 100 300 мм от голов­

ки. так что окончательное вспенивание происходит в калибрато­ре во время вытяжки профиля. В калибраторе поверхность профиля охлаждается водой. Далее профиль проходит охлаж­дающую'ванну, а которой окончательно завершается охлажде­ние и режется на отрезки.

В настоящее время разработана технология получения моно­литно-вспененных профилей методом соэкструзии. В головку поступает расплав из двух экструдеров. Из первого экструдера подается расплав, не содержащий газообразователя; этот рас­плав идет на формование оболочки профиля. Из второго экст­рудера подается термопласт, содержащий газообразоватсль; образуется вспененная сердцевина профиля.

Технология получения ПЭ-профилей с физическими газооб - разователямн. Метод применяется для получении листов, пле­нок, жгутов-утеплителей для строительства и других профилей с кажущейся плотностью от 50 до 150 кг/м3.

Расплав полиэтилена, насыщенного хладоном, экструдирует­ся через формующую головку с последующим свободным вспе­ниванием его на выходе из головки. Червяк экструдера двухсту­пенчатый. В зоне цилиндра создается пониженное давление рас­плава за счет того, что объем первого винтового капала второй ступени больше объема последнего винтового канала первой ступени червяка. В эту зону пониженного давления подают под давлением хладон (или смесь хладонов), которым насыщается расплав лолиэтклена.

Экструзия проводится в температурном интервале 140 - 160°С. Технологическая схема процесса экструзии вспенивани­ем расплава физическими газообразователями приведена на рис. 12.13.

Этими методами обычно получают пенопласта иа основе поли­уретанов. В отличие от других пенопластов в случае полиурета­нов ценообразование происходит, как правило, без введения газообразователей.

Пенополиуретаны (Г1Г1У) получают взаимодействием арома­тических ди - или полиизоцианатов с простыми или сложными гидроксилсодержащими олигозфирами в присутствии воды.

Изоцианаты. Наибольшее применение а промышленности получили 2.4- к

2.6- толуилендиизоцианаты (ТДИ). -М'-дифенн. тметандиизоцианат (МДИ) и иолнизоиианаты (ПИЦ) На практике обычно применяют различные смеси этих изоцианатов. Например, ТДИ 80 20 (смесь 80% 2,4-ТДИ и 20%

2.6- ТДИ). ТДИ 65/35 (смесь 65% 2.4 ТДИ и 35% 2.6-ТДИ).

Олнгоэфиры. В производстве ГШУ применяются как простые, так и слож­ные олнгоэфиры — соединения, содержащие в основной цепи простые эфир­ные С О - С или сложноэфириые группы С—О—О, с молекулярной массой or 200 до 10 000. Олнгоэфиры являются репкциопнсспособнымн соединениями с концевыми функциональными, чаше всего гидроксильными группами.

Из простых эфиров широкое распространение получили олнгоэфиры па основе пропилен - и этнленокенда и их сополимеров, а также олнгоэфиры на основе тетрагндрофурана, эпихлоргндрнна и других соединений.

Простые олнгоэфиры представляют собой вязкие прозрачные жидкости от бесцветного до светло-желтого цвета. Они хорошо растворяются в боль­шинстве органических растворителей (спиртах, эфирах, ацетоне к др.), их растворимость в воде зависит от природы олнгоэфнра и неодинакова для раз­ных марок олигоэфиров.

В Советском Союзе выпускается значительный ассортимент простых олн - гоэфнров, для которых приняты следующие технические названия: лапролы — для гидрокенлеодержаших олигомеров, лапрамолы — для азотсодержащих полисинртов.

‘ Рнс. 12.13. Схема получения пенополнэтнлена методом физического вспени­вания: : / — смеситель; 3 — экструдер; 3 — navae: ч - емкость для х л идол а: 5 баллон с азотом

-~7Т7. -

т I

лаиоксиды—Для олигомеров, содержащих концевые эпоксидные группы, лапролаты — для олигомеров, содержащих концевые циклокарбоиатные группы,

айролы — .:ля олигомеров, содержащих акрилатиые и гидроксильные группы.

Ил елпкннх влкгоэфнроз широко применяются олкгоэфиры на основе днкароиновых кислот или их ангидридов и мономерных двух-, трех - и более зысикифункцмоналышх спиртов. В качестве дикарбоновых кислот и их ан гидридов используются адпшшоивн, себаииноиая. димеризованння лниолено - еая. нзофталсван кислоты и фталеиый ангидрид

3 качества спиртов применяются этнленгликаль. диэтилеигликодь. нрмгш - леигликоль. бутлидпол-1.4. глицерин. грпгпдроксячст нлпролан. пентазрнтрит. ксилиг и др Некоторые марки сложных олпгоэфнрол получают из основе смеси кислот и спиртов.

Сложные о. тпгозфиры представляют собой вязкие прозрачные жидкости или кристаллические вещества or светло-желтого до темно-коричневого цве­та. Они растворяются з апетоне. спирто бен. тольной смеси; в воде практиче­ски нерастворимы В промышленности выпускаются различные. марки слож­ных олигоэфироз.

Выбор олигоэфироз определяется видом получаемого пенополиуретана

Ирг! образовании пенополиуретанов происходит выделение диоксида углерода, который и вызывает вспенивание реакцион­ной массы. В качестве катализаторов обычно используют тре­тичные амины, оловоорганнческне соединения и соли металлов.

При этом происходит катализ двух реакций; реакции изоцианатных тру;::: с гидроксильными группами лолиэоирон (образование пилиуретаноз) и ре­акции изоцианатных групп с водой [вспенивание полиуретанов). Третичные амины катализируют одновременно обе реакции: изоцианат — полиэфир и изоцианат + вода. Наиболее эффективным катализатором этого тина являет­ся 2.2,2-дназобпциклооктан (ДАВЦОЬ Кроме того, применяются триэтилен- днамнн, пиперидин и некоторые другие катализаторы. Их влияние на ско­рость рюкции н. чопианаг— вода значительно слабее. Часто они применяются з смеси с амишшми катализаторами, в этом случае они усиливают друг друга — проявляется так называемый синергический эффект. Из оловосодер­жащих соединений получили распространение октоат и олеат олова, дибу- тнлолсводнлаурат, ди - и тетрахлориды слота Применяются также соедине­ния свинца, соли ртути.

Кроме указанных компонентов в рецептуру пенопластов вво­дят ряд вспомогательных веществ — поверхностно-активные (ПАВ), наполнители, красители и др.

ПАВ применяются для эмульсирования исходных компонентов (изоциа­ната. полиэфира, различных добавок), регулирования скорости образования и размера ячеек, а также для придания устойчивости пене в момент се обра­зования. Механизм действия ПАВ заключается в снижении поверхностного натяжения на границе раздела различных фаз и улучшения их взаимной растворимости. Широкое распространение получили силиконовые ПАВ. кого ;>ыс применяются, главным образом, в производстве ППУ на основе простых полиэфиров, Они хороша совмещаются с компонентами ППУ. в большинстве своем растворяются в зоде прн комнатной температуре. В производстве ППУ на основе сложных полиэфиров и качестве ПАВ применяются соли сульфо­новых кислот.

В процессе вспенивания протекают различные реакции, ко­торые приводят к образованию макромолекул, содержащих карбамидпые, уретаиовые, амидные и другие группы. В резуль­тате реакций этих групп с диизоцианатом образуются пенополи­уретаны сетчатого строения.

В зависимости от состава рецептур и метода получении вы­пускают эластичные, жесткие к полужесткие пенополиуретаны. Эластичные пснопласты получают на основе полиэфиров линей­ного или слегка разветвленного строения, жесткие - на основе сильно разветвленных полиэфиров, образующих полимеры с большой степенью сшивания.

Плотность вспененных полиуретанов регулируют обычно из­менением содержания воды.

Пенополиуретаны могут получаться одностадийным и двух­стадийным методами. По одностадийному методу все исходные компоненты смешиваются в реакционном аппарате одновремен­но. Выделяющийся диоксид углерода равномерно распределя­ется в композиции, способствуя образованию однородной структуры пенопласта. По двухстадийному методу сначала и отсутствие воды из полиэфира и диизоцианата получается поли - эфиризоцианат, который на второй стадии в присутствии ката­лизаторов реагирует с водой с выделением диоксида углерода, вспенивающего реакционную массу.

Получение блоков из эластичного пенополиуретана. Блочные ППУ получают путем смешения в смесительных головках ком­понентов композиции с последующей подачей смеси па конвей­ерную ленту, снабженную боковыми передвижными стенками. По мере продвижения ленты композиция вспенивается, и полу­ченная пена попадает в камеру для отверждения. Основными факторами, обеспечивающими получение высококачественного блочного ППУ, являются температура композиции к качество смешения компонентов. Например, при получении эластичных ПГ1У на основе простых олигоэфиров температура должна под­держиваться в пределах 21—32"С, так как в этом интервале происходит и максимальное выделение диоксида углерода, и максимальное тепловыделение при отверждении. При темпе­ратурах выше 32 °С скорость отверждения превышает скорость газовыделения, и материал «иедовспенизаетсн»; при температу­рах ниже 21 °С в процессе отверждения выделяется недостаточ­ное количество тепла, и вспененная композиция коалеецнрует.

Ниже в качестве примера приводится технология полу­чения блочного эластичного ГШУ, в состав которого входят •лапрол 3003 (олигоэфнр с молекулярной массой 3000). лап - рол 3500-2-70 (олигоэфир с молекулярной массой 3500), ТДИ 80/20, катализатор ДАБЦО, карбамид, стабилизатор (дпбутнл - дилаурат олова), кремнийорганнческин неностабилизатор. вода.

Подготовка сырья заключается в приготовлении активатор - ных смесей. В первую активаторную смесь входят вода, карба­мид, ДАБЦО, пеностабилизатор. Во вторую смесь входят часть лапрола 3003 и дибутилдилаурат олова. Актнваторные смеси готовят в емкостях путем перемешивания исходных компонен­тов, после чего перекачивают в рабочие емкости (рис. 12.14).

Рис. 12.14. Технологическая схема получения блочного эластичного пенопо­лиуретана: _ ; — емкость для толуилендинзоциаиато: 2 емкость для лапрол а 3003: 3 — емкость ллм ляирола 3500; ■* —емкость для первой актнваторной смеси; Л—емкости для второй вк - тнвагорной смеси. 6 —* смесительная солонка: 7 —конвейер; 6 камера отиержденим; ]» —реллтельиое устройство; 10 — блок пенополиуретана; I! - дозировочной насос

Олнгоэфиры (лапрол 3003 и лапрол 3500) подаются в рабочие емкости I и 2, толуилеидиизоцианат— в емкость 3, Из рабочих емкостей олнгоэфиры, ТДИ 80/20 и активаторные смеси с по­мощью дозировочных насосов II по трубопроводам подаются к смесительной головке б машины непрерывного вспенивания. Перемешанная композиция из смесительной головки свободно выливается на движущийся конвейер 7, покрытый бумажной лептой, на которой и происходит вспенивание. Размер ячеек готового пенопласта можно регулировать, изменяя скорость по­дачи компонентов в головку к скорость смешения. Вспененный материал поступает в камеру для отверждения. В камере пена проходит под инфракрасными лампами или нагревателями. Сначала исчезает липкость пены на поверхности блока, а затем она отверждается. Отвержденную пену обжимают валками и разрезают на листы требуемого размера.

Получение формованных изделий нз эластичного пенополи­уретана. Формование изделий из эластичного пенополиуретана осуществляется путем заливки смеси компонентов в форму. Заливка производится на машинах низкого или высокого давле­ния, работающих по двухкомпопентнок системе. По одному нз методов формование изделий проводится путем смешения двух компонентов в смесительной головке машины низкого давления. Первый компонент — смесь простого олнгоэфира с катализато­рами и стабилизаторами; второй компонент предполимер (фор - полимер)[5] на основе ТДИ, триэтиленглнколя, пол и изоцианат а и лапрола 5003.

Для уменьшения адгезии пенопласта на внутреннюю поверх­ность формы наносится тонкий слой смазки (10%-ный раствор пчелиного воска в бензине или хлороформе). Подготовленные к заливке металлические или деревянные формы на конвейере подаются к заливочной машине. С помощью насосов, дозирую­щих компоненты, смесь выливается в формы. Формы с пенопо­лиуретаном па конвейере подаются в камеру отверждения, в которой выдерживают 20—25 мин при 35—40ЭС.

После выдержки изделия извлекают из формы и подвергают обжиму на валках для открытия пор. Эта операция обеспечи­вает стабильность размеров изделия и препятствует усадке.

Свойства пенополиуретанов определяются, главным образом, составом рецептуры и способом получения. Эластичные пено­полиуретаны представляют собой ячеистые (пористые) мате­риалы с кажущейся плотностью от 15 до 45 кг/м*. Они имеют отличные звукоизоляционные свойства, низкую теплопровод­ность, стойки к большинству растворителей. Рабочая темпера­тура эластичных ППУ находится в пределах от —40 до 100 °С. Прочностные показатели ППУ зависят от плотности, размера и формы ячеек, состава композиции и гнособа производства; относительное удлинение при разрыве - 100- -150%. Коэффи­циент теплопроводности эластичных пенополиуретанов 0,031 0,065 Вт/(м-град.).

Недостатки эластичных Г1ПУ—низкая стойкость к сильным щелочам и кислотам, а также к действию ультрафиолетовых лучей.

Жесткие пенополиуретаны имеют более высокую прочность в направлении подъема иены. Их прочностные свойства завися, от кажущейся плотности. Гак, при увеличении кажущейся плот­ности от 32 до 320 кг/мя прочность прн сжатии увеличивается от 0,25 до 8,95 МПа.

Предельная рабочая температура жестких ППУ составляем 100—140 °С. Коэффициент теплопроводности жестких ППУ — 0,016—0,035 Вт/(м-град.).