ПОЛИМЕРНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

БЕСПРЕССОВЫЙ МЕТОД

Беспрессовым методом пенопласты получают из но - волачных полимеров

Сн он

"-[тсП~о

Ч --

Где /1 = 4 -^8.

Эти полимеры имеют линейные или разветвленные молекулы различной длины. Огверждаться они могут лишь в присутствии уротропина, с которым взаимодейст­вуют, образуя пространственный полимер. При введении в композицию более 1,1% уротропина в полимере обра­зуется пространственная сетка, и отвержденный поли­мер теряет способность к вязкому течению. По мере увеличения количества уротропина температура стекло­вания сдвигается в сторону более высоких температур, одновременно возрастает модуль высокоэластической деформации. При добавке более 10% уротропина высо­коэластическая деформация не проявляется. Содержа­ние уротропина свыше 15% ухудшает водостойкость по­лимера. При нагревании с уротропином взаимодействует не только полимер, но и частично свободный фенол.

Сырье. В состав композиции для получения пенопла­стов на основе новолачных феноло-формальдегпдных полимеров входят кроме полимера отвердитель—уро­тропин, газообразователь — порофор ЧХЗ-57, а также каучук, сера и наполнители (стекловолокно, алюминие­вая пудра и др.).

Для получения пенопластов применяют новолачный феноло-формальдегидный торполимер № 18, получаемый конденсацией фенола и формальдегида в присутствии соляно - или щавелевокислого катализатора. Это твердый хрупкий продукт, от светлого до темно-корнчпевого цве­та, с удельным весом 1,2—1,25 г/смъ, хорошо растворя­ющийся в спирте н ацетоне. Он должен соответствовать требованиям ТУ МХП М-1-53:

Температура клплепадсипя но Убйе. глоде и <' 1(Ь

Illinium. Г)0%-по1'о спиртного рлегнорл но Осп нл.'Н. ду н пи. . 100 НИ)

Содержание в %:

Влаги, не более.............................

Свободного фенола, не более смазки (олеиновой кислоты)

В качестве отвердителя применяют уротропин (гекса - метилентетрамин) (CH2)6N4 (ГОСТ 1381—60) — белый кристаллический порошок с влажностью не более 0,5%.

Для снижения хрупкости пенопластов применяют ак - рилнитрильный каучук марки СКН-40 (ГОСТ 7738—55). Для его вулканизации используют серу.

Технология получения. Беспрессовый метод получе­ния пенопластов на основе феноло-формальдегидных по­лимеров состоит из следующих основных операций: смешение компонентов и приготовление композиции, за­грузка композиции в форму, ее вспенивание и отверж­дение (рис. 54) [10, 42].

Резка —

Рис. 54. Технологическая схема ночучення пенопластов

Гнп. ч ФК

Па основе этих полимеров изготовляют следующие виды пенопластов: ФФ — без каких-либо добавок; ФК— при сочетании новолачного полимера с акрил нитрил ьным каучуком; ФС — при введении стекловолокна (табл. 52).

При введении в композицию ФК-20 алюминиевой пудры ПАК-1 или ПА1 3 получается пенопласт ФК-20 А 20 При шмше части иоиолачною феноло

Формальдегидного полимера твердым фурфуролацетоно - вым полимером ФА-15 в композиции ФС-7 получается пенопласт ФС-7-2. Кроме стекловолокна в пенопласт ФС-7-2 в качестве наполнителя может быть введен вспу­ченный перлитовый песок.

Все компоненты, кроме каучука, — твердые вещества. При повышенной влажности их просушивают в камере с принудительной вентиляцией воздуха при 40—50°С в течение 3—5 ч. Феноло-формальдегидный полимер, посту­пающий в кусках, предварительно измельчают в молот­ковых дробилках до частиц размером 10—15 мм. Затем компоненты смешивают в шаровой мельнице, имеющей рубашку для водяного охлаждения, в течение 2—12 ч до получения однородной массы. Температура в шаро­вой мельнице не должна превышать 40°С.

Для пенопласта марки ФФ порошкообразная смесь полимера, уротропина и порофора ЧХЗ-57 является по­луфабрикатом, который поступает непосредственно на вспенивание.

Для получения композиции пенопластов типа ФК в предварительно пластифицированный на вальцах каучук вводят подготовленную в шаровой мельнице смесь по­рошкообразных компонентов (полимера, уротропина, га­зообразователя и серы) небольшими порциями в тече­ние 8—10 мин.

Общее время вальцевания навески — 20—25 мин. Вальцы при этом охлаждают водой, чтобы не допускать перегрева массы выше СО 70°С, так как иначе может начаться разложение газообразователя, а также иара - стать вязкость полимера от реакции с отвердителем. После вальцевания масса специальными ножами ре­жется на полосы и охлаждается в течение 10—15 мин до 12—15°С. При этом масса становится хрупко?! и может легко измельчаться в дробилках.

Различают три вида полуфабрикатов, из которых по­лучают пенопласты: пленочный (вальцованный), по­рошкообразный и шнуровой (шприцованный).

Насыпной вес полуфабрикатов зависит от степени из­мельчения, от формы и размеров частиц. Полуфабрикат пленочный выпускают в виде пленок толщиной 2—4 мм, свернутых в рулоны. Этот полуфабрикат целесообразно применять при заполнении несложных изделий сечением более 15 мм чля получения объемного веса в пределах 300—400 кг/м3. Полуфабрикат порошкообразный получа­ют дроблением пленок в дробилках или шаровых мель­ницах с последующим просеиванием через сито № 8 и 9. Это тонкодисперсный порошок с насыпным весом 450—500 кг/м3. Неудобство пользования порошкообраз­ной композицией заключается в том, что насыпной вес ее во многом зависящий от дисперсности порошка, велик и при получении изделия малого объемного веса полу­фабрикат занимает '/з или '/г часть заполняемого объе­ма. При последующей термообработке он оплавляется и объем его еще уменьшается.

Полуфабрикат шнуровой (шприцованный) изготовля­ют на шнек-машинах в виде сплошного или пустотелого шнура различного диаметра, который разрезают на ци­линдрики необходимой высоты или дробят в крошку. в за­висимости от того, какой объемный вес пенопласта нуж­но получить. Этот полуфабрикат наиболее удобен, так как позволяет подобрать нужный насыпной вес измель­ченного полуфабриката для полного заполнения по­лости изделия. Характеристика шнурового полуфабрика­та приведена в табл.53 [2].

Шнуровой полуфабрикат целесообразно применять для изготовления изделий из пенопластов ФК-20 объем­ным весом 100—250 кг/м3, а из пенопластов ФК-40 — объемным весом 150—350 кг/м3.

Полуфабрикаты вальцованные и шприцованные вы­пускаются согласно СТУ 9-463-62 «Пенопласт термореак - тивный марок ФК-20, ФК-40 и ФК-20-А-20 (полуфабри­кат вальцованный и шприцованный)».

Все полуфабрикаты должны храниться в помещении с нормальной влажностью воздуха при температуре не выше 25°С. Полуфабрикаты порошкообразные должны храниться в герметически закрытых емкостях.

Композиции на основе новолачпого феноло-формаль - дегпдпого полимера в процессе вспенивания и отверж­дения обладают способностью склеиваться с различны­ми материалами. Поэтому при получении штучных изде­лий (плит, скорлуп и т. д.) для предотвращения прили­пания вспенивающегося материала к стенкам формы и рекомендуется смазывать специальными смазочными ма­териалами (например, ЦИАТИМ-221) или кремиийорга - иическими жидкостями типа ГКЖ. Вместо смазки мож­но применять внутреннюю обкладку формы бумагой, тканью, целлофаном и другими материалами. При вспе­нивании пенопласт не только склеивается с этими обли­цовочными материалами, но и частично их пропитывает.

При вспенивании композиций в изделиях (например, при изготовлении трехслойных панелей и плит покры­тий), наоборот, необходимо стремиться к тому, чтобы по­верхность облицовочных материалов была шерохова­той. При использовании материалов с гладкой поверх­ностью (алюминий) рекомендуется обезжиривать по­верхность и наносить клеевой адгезионный слой (БФ-2и др.).

При вспенивании выделяется значительное количе­ство газообразных продуктов. Поэтому конструкции форм или изделий должны предусматривать специаль­ные газовыводящие (дренажные) отверстия диаметром 1—2 мм. Кроме того, при вспенивании композиции раз­вивается значительное давление (до 3—5 кгс/см2). Это также необходимо предусматривать при конструиро­вании форм.

Полуфабрикаты дозируют в зависимости от требуе­мого объемного веса готового пенопласта. Вес полуфаб- ркката в кг, необходимого для заполнения изделия, оп­ределяют по формуле

Р = Yo V, (50)

Где V —объем формы в м3; о — заданный объемный вес пенопла­ста в кг/м3.

Навеска полуфабриката должна быть равномерно распределена в форме, так как композиции при нагре - иании обладают незначительной текучестью. Закрытые формы устанавливают в кассеты, которые препятствуют их короблению и частично воспринимают давление, раз­вивающееся при вспенивании. Композиции вспениваются и отверждаются при нагревании форм в камере термо­обработки.

Под влиянием нагрева композиция претерпевает сложные физико-химические превращения. Первый этап (при 80—90°С) (переход в вязко-текучее состояние) сопровождается некоторым уменьшением общего объе­ма, незначительным или существенным (в зависимости от вида полуфабриката). Конец этого этапа соответст­вует началу разложения газообразователя.

Наиболее интенсивно его разложение в температур­ном интервале 90—110°С. Этот интервал характеризует­ся вспениванием размягченной массы и заполнением ею заданного объема.

Во время следующего этапа при термообработке — повышение температуры до 150—200°С для придания по­лученному пеноматериалу стабильных химических и фи­зико-механических свойств и выдержка при этой темпе­ратуре — отверждается полимер и вулканизируется кау­чук. Время выдержки зависит о г толщины слоя, количе­ственного содержания отверждающих и вулканизиру­ющих добавок, условий и вида термообработки (табл. 54) [34].

С повышением температуры отверждения физико-ме­ханические свойства пенопластов марки ФФ ухудша­ются. У пенопластов марки ФК, наоборот, при повы­шении температуры отверждения до 2(Ю°С эти показа­тели повышаются. Это объясняется тем, что увеличи­вается глубина отверждения композиции. Более высокая температура ведет к деструкции полимера, что снижает прочностные показатели Поэтому пенопласты марки ФК целесообразно отверждать при 200°С, если это возможно

После охлаждения форм ш них вынимают изделия, сортирую! их п от но on на скла i готовой продукции.

ТАБЛИЦА 54. РЕЖИМ РАБОТЫ КАМЕРЫ ТЕРМООБРАБОТКИ

Температура в каме­ре в °С

Время процесса в и

0,

Загрузка камеры Термообработка: первый этап второй » третий » Охлаждение камеры Разгрузка камеры

Пенопласты ные выпускаются соглас­но СТУ 14-419-63 (пено­пласт ФФ), СТУ 9-463-62 (пенопласт ФК-20, ФК-40 и ФК-20-А-20) и МРТУ 6-05-958-65 (пенопласт ФС-7).

Свойства и области применения. В зависимо­сти от содержания газо­образователя пенопласты марок ФФ, ФК и ФС мо­гут выпускаться объем­ным весом от 100 до 500 кг/м3. Свойства пено­пластов зависят от их структуры и объемного веса и изменяются в за­висимости от температу­ры эксплуатации. Упру­гие и упруго-эластические свойства записят от содержа­ния каучука в композиции (рис. 55). Основные фнзнко - меа.|1.пческпе показатели пенопластов на основе пово-

Лачного феноло-формальдегидного полимера № 18 при­ведены в табл. 55.

Пенопласт марки ФФ выпускается в виде плит (450X260X45 мм) объемным весом 190—230 кг/м3. Воз­можно регулирование объемного веса пенопласта в пре­делах 150—550 кг/м3. В стационарных условиях при от­сутствии непосредственного контакта с воздухом (в каче­стве заполнителя слоистых конструкций и пр.) пенопласт может длительно эксплуатироваться при температуре порядка 200—250°С. В контакте с воздухом предель­ной температурой следует считать 150°С. Теплостойкость пенопласта ФФ можно увеличить, вводя в его состав минеральные порошкообразные наполнители. От темпе­ратуры эксплуатации зависят физико-механические по­казатели пенопласта (рис. 56). Пенопласт ФФ достаточ-

Но морозостоек (коэффициент морозостойкости после 25 циклов — 0,75—0,8) и огнестоек. На пенопласте мо­гут развиваться грибки (пория и каниофора), но потери веса и значительного снижения прочностных показателей не наблюдаются. Пенопласт обладает низким коэффици­ентом звукопоглощения (0,15—0,28) при различных ча­стотах (от 100 до 1250 гц) (см. табл. 9). Применяется пенопласт ФФ как теплоизоляционный материал, спо­собный работать длительное время при температуре 100—150°С, в качестве силового и теплоизоляционного за­полнителя слоистых конструкций (панелей, плит покры­
тия п т. д.). Плиты пенопласта поддаются обработке и склеиваются между собой, с металлами и другими ма­териалами.

Пенопласт марки ФС-7 выпускается в виде плит объемным весом 100—120 кг/м3, которые легко обраба­тываются и склеиваются. Его недостатком является малая механическая прочность и хрупкость. Приме-

Рис. 57. Зависимость прочностных показателей пено­пласта ФК-20 с Yo=180 кг/м3 от температуры / — удельная ударная вязкость; 2—пр-дел прочности прл сжа­тии; 3—то ^е, прч изгибе

Няется в качестве теплоизоляционного материала, рабо­тающего при температурах от —55 до + 100°С.

Пенопласт марки ФК-20 выпускается в виде плит объемным весом 190—230 кг/м3 или полуфабриката, вальцованного или шприцованного, который можно вспе­нивать и отверждать непосредственно в строительных конструкциях при 130—150°С. Плиты поддаются обра­ботке и склеиванию между собой, с металлами и с дру­гими материалами. Свойства пенопласта ФК-20 зависят от температуры эксплуатации (рис. 57). Предельная ра­бочая температура воздуха 120—130°С. При более вы­соких температурах наблюдается значительная усадка (рис. 58). При отсутствии непосредственного контакта с иоздухом может длительно h<cii.«а тироваться при 150°С и кратковременно (3—5 ч) при 200°С. Для повышения теплостойкости и состав ФК-20 вводят минеральные на­полнители. Пенопласт ФК-20 может быть получен с не­большим объемным весом 50 100 кг/м3. Для этого

Применяют полимер с вязкостью не более 100 сиз и вводят в композицию 5—7% порофора ЧХЗ-57. Основ­ные физико-механические показатели ФК-20 приведены в табл. 56.

При отрицательных температурах у пенопласта ФК-20 снижаются показатели удельной ударной вязкости и по­вышается предел прочности при сжатии, т. е. растет хрупкость материала: при —60°С удельная ударная вязкость снижа­ется примерно в 2 раза, предел прочности при сжатии увеличивает­ся в 1,5 р£за по сравнению с пока­зателями при 20°С.

Недостатком пенопласта ФК-20 является его горючесть, а также сложность технологии, которая обусловливает его дороговизну. Он применяется в качестве силового за­полнителя слоистых конструкций, работающих при повышенных тем­пературах, и для производства из­делий теплоизоляционного назначе­ния (плиты, скорлупы и т. д.).

Пенопласт марки ФК-20-А-20 отличается от ФК-20 более высокой теплоемкостью. Он сохраняет свои геометрические размеры и прочностные свойства при длительном нагревании до 200°С на возду­хе. При 'Отсутствии непосредственного контакта с возду­хом пенопласт может .кратковременно эксплуатировать­ся при 300—350°С (табл. 57).

Пенопласт ФК.-20-А-20 выпускается в виде вальцо­ванного или шприцованного полуфабриката, из которого можно получать плиты или изделия объемным весом 150—550 кг/м3. Эти полуфабрикаты можно вспенивать непосредственно в конструкциях.

При пониженных температурах пенопласт ФК-20-А-20 имеет 'Повышенные прочностные показатели: при —60°С предел прочности при сжатии у пенопласта объемным весом 200 кг/м3 составляет 40 кгс/см2.

Пенопласт ФК-20-А-20 рекомендуется применять в ка­честве силового теплоизоляционного заполнителя конст­рукций, работающих при повышенных температурах, и для изготовления штучных изделий (в виде плит, скор­луп и т. д.) теплоизоляционного назначения.

Пенопласт ФК-40 отличается от ФК-20 высокими уп­ругими свойствами: вдвое большей удельной ударной вязкостью, па 10—12%' большим удлинением, меньшим пределом прочности при растяжении и сжатии. Наличие в его составе большого количества нитрильного каучука сужает температурный интервал его эксплуатации: при температуре —10°С он становится хрупким, а при нагре­вании выше +80°С его упругие характеристики стано­вятся нестабильными. В замкнутых конструкциях при
отсутствии непосредственного контакта с воздухом он сохраняет показатели и размеры до 120—130°С.

Пенопласт ФК-40 выпускают в виде вальцованного и шприцованного полуфабриката, которые можно вспени­вать непосредственно в конструкциях, или в виде плит и изделии объемным весом 150—550 кг/м3. Относительное удлинение его возрастает по сравнению с ФК-20 до 12% (при объемном весе 200 кг/м3).

Пенопласт ФК-40 может применяться в качестве си­лового, демпфирующего и теплоизоляционного материа­лов, работающих длительное время при температурах до 80—'100°С на воздухе и при 120—130°С (кратковремен­но) при отсутствии непосредственного контакта с воз­духом.