Классификация и особенности технологии производства пенопластов. Способы введения в композицию газовой фазы.

Пенопласты (газонаполненные пластмассы) объединяют собственно пенопласты, состоящие из закрытых ячеек, и поропласты, в которых заполненные газом полости сообщаются между собой. На практике не удается получать материалы только с открытыми или только с закрытыми ячейками, и даже для одного типа материала соотношение между ними может очень различаться. К пенопластам относят и пластики с полым наполнителем, полученные без вспенивания и имеющие только закрытую структуру ячеек. Пенопласты подразделяют также на легкие (высоковспененные) с кажущейся плотностью до 500 кг/м ³ и облегченные (низковспененные) – 500-800 кг/м ³.

Технология полученияпенопластов состоит из стадий приготовления композиции, введения газовой фазы в полимерную среду, придания вспененной массе требуемой формы и последующей ее фиксации. Операция формообразования может предшествовать вспениванию. Приготовление композиции состоит в совмещении полимерной основы с компонентами, а для введения в композицию газовой фазы применяют различные способы:

· смешивание композиций, находящихся в вязкотекучем состоянии, с газом при нормальном давлении (механическое вспенивание);

· насыщение композиций, находящихся в вязкотекучем состоянии (пасты, расплавы полимеров, олигомеры и др.), газом при высоком давлении;

· насыщение композиций легкокипящими жидкостями, которые при нагревании превращаются в пар;

· введение в композиции веществ (газообразователей), разлагающихся при нагревании с выделением большого количества газообразных продуктов;

· совмещение компонентов, взаимодействующих между собой с выделением большого количества газообразных продуктов;

· получение заготовок путем прессования композиций, наполненных веществами, которые хорошо растворимы в воде и потом легко вымываются;

· спекание неуплотненных порошкообразных материалов или пористых заготовок, полученных из порошков прессованием в холодных формах.

Примеханическом вспенивании в растворы олигомеров или полимеров вводят поверхностно-активные вещества, способствующие равномерному распределению пузырьков газа и обеспечивающие устойчивость пены в течение времени, достаточного для отверждения смолы. Вспенивание осуществляют в вертикальном цилиндрическом аппарате, в нижнюю часть которого при работающей многолопастной мешалке подают сжатый воздух. Взбитая пена через отверстие в днище аппарата сливается в формы, в которых происходят сушка и отверждение (затвердевание) блоков пенопласта. Полученные этим способом материалы имеют преимущественно открытую структуру ячеек, т.к. растворитель, удаляясь в процессе сушки и отверждения из стенок ячеек, разрушает их. Этим методом получают пенопласты преимущественно из карбамидных смол и поливинилхлорида.

Газом при высоком давлении насыщают экструдированные или каландрованные резиновые смеси, залитые в открытые формы пластизоли и расплавы термопластов. Полученные полуфабрикаты насыщают в автоклаве газом (азот или углекислый газ) под давлением 3 МПа для паст или 30 МПа для резиновых смесей, который растворяется в композиции с образованием насыщенного раствора. При последующем повышении температуры для вулканизации или желатинизации и сбросе давления растворимость газа резко снижается, и он выделяется в виде пузырьков, равномерно распределенных в объеме композиции, увеличивая ее объем. В зависимости от степени насыщения и режима вспенивания получают пенопласты с преимущественно открытой или закрытой структурой ячеек. В расплавы полимеров инертный газ подают в материальный цилиндр литьевой машины или экструдера через каналы в шнеках под давлением до 15 МПа. При литье под давлением порцию расплава впрыскивают в холодную литьевую форму, где из-за резкого снижения давления выделяется газообразная фаза и происходит вспенивание. Экструдер для получения газонаполненных профилей снабжают формообразующей и калибрующей головками, которые геометрически подобны, но различаются размерами. Температурный режим строят так, чтобы выходящий из формообразующей головки экструдат находился в высокоэластическом состоянии. Вспенивание изготовленных профилей может проходить вне эктрудера при нагреве отформованного изделия или на выходе из головки экструдера. В первом случае получают пенопласт низкой плотности со смешанной структурой ячеек, а во втором – с более высокой плотностью и закрытой структурой ячеек. Для предотвращения вытягивания пены при выходе из экструдера внутри нее протягивают усиливающую сердцевину, роль которой в кабельных изделиях выполняет металлический проводник. Рецептура и режим должны обеспечивать преимущественно закрытую структуру ячеек. При изготовлении более плотных пен одностадийным вспениванием не требуется усиливающей сердцевины, но необходима повышенная скорость экструзии и надежные приемные устройства, не тормозящие выход материала из головки. Литьем под давлением и экструзией получают пенопласты с преимущественно закрытой структурой ячеек и наружной монолитной оболочкой (пенополиорганосилоксаны, пенополивинилхлорид).

Легкокипящими жидкостями насыщают гранулированные термопласты в процессе их получения (суспензионной полимеризации), а жидкость (изопентан, метиленхлорид) подбирают так, чтобы она растворяла мономер и не растворяла полимер. В момент превращения мономера в полимер выделяется отдельная фаза легкокипящей жидкости в виде вкрапления равномерно распределенных капелек, и под давлением образовавшегося из нее пара происходит вспенивание гранул. Кажущуюся плотность пенопласта регулируют степенью заполнения ограничительной формы, или содержанием низкомолекулярной жидкости в гранулах, или подвспениванием в среде водяного пара до насыпной массы, равной заданной кажущейся плотности пенопласта. После подсушки гранулы засыпают в перфорированные формы, где производят их окончательное вспенивание в среде водяного пара при температуре около 100 ^о С и спекание. Пенопласты (пенополистирол) имеют смешанную структуру ячеек.