Научные основы создания пенопластов второго поколения (стр. 1 )

Министерство образования Российской Федерации

Владимирский государственный университет

ю. т. ПАНОВ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ

ПЕНОПЛАСТОВ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ

Монография

Владимир 2003

УДК 678:541.182.84:539.4

П16

Рецензенты:

Доктор химических наук, профессор,

ректор Ивановского государственного химико-

технологического университета

Доктор химических наук, генеральный директор

г. Владимир

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Владимирского государственного университета

П16 Научные основы создания пенопластов второго поколения: Моногр./

Владим. гос. ун-т. Владимир, 2003. 176 с.

ISBN 5-89368-379-Х

Обобщены данные по особенностям реологии газонаполненных систем и по связи прочностных свойств пенопластов второго поколения с параметрами их интегральной структуры. Показаны способы регулирования вязкости систем, содержащих газ, и параметров интегральной структуры пеноизделий на примере полистирола и поливинилхлорида. Отдельная глава посвящена модификации существующих и разработке новых газообразователей применительно к литьевым и экструзионным методам получения пеноизделий.

Предназначена для научных и инженерно-технических работников, занятых переработкой пластических масс, для аспирантов, преподавателей и студентов вузов.

Ил. 46. Табл. 27. Библиогр.: 246 назв.

УДК 678:541.182.84:539.4

ISBN 5-89368-379-Х © Владимирский государственный

университет, 2003

© , 2003

Научное издание

ПАНОВ Юрий Терентьевич

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ

ПЕНОПЛАСТОВ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ

Монография

Редактор

Корректор

Компьютерная верстка

Дизайн обложки

ЛР № 000. Подписано в печать 25.03.03.

Формат 60х84/16. Бумага для множит. техники. Гарнитура Таймс.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 10,23. Уч.-изд. л. 10,75. Тираж 500 экз.

Заказ

Редакционно-издательский комплекс

Владимирского государственного университета.

600000, Владимир, ул. Горького, 87.

Оглавление

Введение……………………………………………………………	5
Глава  1. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ПЕНОИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ТЕРМОПЛАСТОВ………………………………………
8
1.1. Теоретические аспекты и способы получения интегральных пенопластов литьем под давлением и экструзией…………...………………………………....
8
1.2. Влияние ингредиентов вспенивающихся композиций на свойства пеноизделий, получаемых методами литья  под давлением и экструзией…........................
25
Глава  2. ОСОБЕННОСТИ РЕОЛОГИИ ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ СИСТЕМ И ВЛИЯНИЕ ИХ НА ТЕХНОЛОГИЮ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ…………………………………………..
51
2.1. Влияние газообразователей на вязкость полимеров…	51
2.2. Регулирование вязкости расплавов полимеров………	69
Глава   3. ВСПЕНИВАЮЩИЕСЯ АГЕНТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОПЛАСТОВ МЕТОДАМИ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ И ЭКСТРУЗИей…........
83
3.1. Модификация газообразователей…………………......	83
3.2. Новые нетоксичные вспенивающие агенты……….....	124
Глава   4. ПРОЧНОСТь ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПЕНОИЗДЕЛИЙ…	135
4.1. Особенности определения прочностных свойств материалов с интегральной структурой…………......
135
4.2. Влияние на прочность пеноизделий состава композиции и технологических параметров переработки……………………………………………..
137
4.3. Связь прочностных свойств интегральных пеноизделий с параметрами макроструктуры……...
142
Заключение…………………………………………………..………..	149
Список использованной литературы………………………………...	151

Условные обозначения

ГО – газообразователь

ХГО – химический газообразователь

ФГО – физический газообразователь

АДКА (порофор ЧХЗ -21) – азодикарбонамид

АБН (порофор ЧХЗ-57) – азоизобутиронитрил

АБАО (порофор ЧХЗ -23) – азоизобутироамидооксим

Порофор ЧХЗ-57Т – азоизобутиро-N-третбутанамид

Порофор ЧХЗ-57К – азоизобутироамид

Порофор ЧХЗ-57С – азоизобутиронитрил-изобутироамид

ПВХ – поливинилхлорид

ПС – полистирол

ПЭ – полиэтилен

ПСВ – полистирол вспенивающийся

ПАВ – поверхностно-активные вещества

ППА - 4 (ППА-7, ППА-12) – дибутиловый эфир полипропиленгликоль

адипината со степенью полимеризации 

n = 3 (n = 6, n = 11)

М – молекулярная масса

Введение

В середине 20-го века развитие техники, особенно авиации, привело к созданию материалов нового типа – газонаполненных полимеров.

Газонаполненные полимеры и пластмассы на их основе занимают особое положение среди других типов полимерных композиционных материалов, что объясняется, прежде всего, удивительным сочетанием легкости с высокими тепло-, звуко - и электроизолирующими свойствами. Вместе с тем газонаполнение закономерно вызывает заметное снижение абсолютных прочностных показателей по сравнению с соответствующими монолитными пластиками. В связи с этим необычайно актуальна проблема упрочнения полимеров, т. е. создание материалов, сочетающих легкость с прочностью и жесткостью.

Разработанные в 50 – 60-х годах методы получения пенопластов можно несколько условно разделить на следующие: прессовые и беспрессовые (для термопластов), заливка и напыление (для реакто-пластов). Если для производства пенопластов из реактопластов большие сложности по созданию конкретных рецептур компенсировались легкостью получения и высокими эксплуатационными свойствами, то газонаполненные термопласты изготовлялись прессовым методом лишь в виде плит, но с высокими прочностными показателями, или беспрессовым – практически любой формы, но с эксплуатационными свойствами, особенно прочностью, практически на порядок ниже.

Сравнение основных методов переработки монолитных термопла-стов (литье под давлением, экструзия) с прессовым методом получения пенотермопластов показывает несомненное преимущество первых как по производительности, так и по условиям работы. Поэтому в 70 – 80-е годы 20-го века появились первые методы получения пенопластов этими высокопроизводительными методами. Почти сразу было установлено, что добиться равномерной однородной структуры, которая считалась в то время необходимым условием качественного изделия, при  их исполь-зовании практически невозможно. Но получающаяся неоднородная структура обеспечивала повышение прочности как абсолютной, так и относительной (к единице плотности). Удачное сочетание высокой производительности, прочности и жесткости привело к быстрому росту производства материалов, полученных литьем под давлением и экструзией. Проблемы, возникающие при этом, например низкое качество поверхности, решались в основном эмпирическим путем. Результатом стало появление десятков способов получения пенопластов, которые стали называть “интегральные” или “структурированные”, скорее всего, благодаря их своеобразной структуре, состоящей из поверхностной плотной корки и более пористой сердцевины.

Многочисленные способы изготовления интегральных пенопластов литьем под давлением обычно разделяют на три группы (в зависимости от давления, развиваемого в форме в процессе вспенивания): низкого, среднего и высокого давления. [1].

Технологические процессы экструзии пенотермопластов по прин-ципу вспенивания можно разделить на два основных: со свободным вспениванием и вспениванием «внутрь» [2]. При применении первого процесса сердцевина, имеющая объем 80 – 90% от объема всего изделия, имеет более или менее равномерную плотность, которая резко повышается у поверхностной корки. При применении второго процесса интегральная структура более ярко выражена.

Многообразие способов как литья под давлением, так и экструзии свидетельствует, с одной стороны, о большом интересе к этим материалам, но с другой – об отсутствии научного подхода к разработке способов их получения.

На наш взгляд, можно выделить ряд проблем, решение которых обеспечит дальнейшее развитие специфической области композиционных полимерных материалов – газонаполненных полимеров.

Во-первых, это реология газонаполненных систем. Не вызывает сомнения тот факт, что введение в термопласты газа оказывает влияние на реологические свойства их расплавов, а для методов литья и экструзии в отличие от прессования вязкость расплава – один из важнейших технологических параметров.

Во-вторых, требует уточнения и расширения  понятие  «газооб-разователь» (вспенивающий агент). Изменение условий вспенивания значительно расширяет класс веществ, которые могут служить вспени-вающими агентами. Тесно к этой проблеме примыкает вопрос об экологичности создаваемых производств, так как газобразователи являются одним из основных компонентов, ответственным за токсичность производства.

В-третьих, представляют интерес, с точки зрения получения вспененных изделий максимальной прочности, установление зависимости прочности от параметров интегральной структуры и возможности ее целенаправленного регулирования.