ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние технологических параметров из "Упрочненные газонаполненные пластмассы " Тщательный контроль и возможность регулирования многочисленных технологических параметров — необходимые условия получения интегральных материалов с заранее заданной структурой. Важные результаты по исследованию влияния этих параметров на структуру и свойства интегральных пеноматериалов (на примере полиуретанов) были получены в работах Николаи с сотр. [146, 185, 372, 426]. Согласно классификации, предложенной авторами, все технологические параметры изготовления ИП можно условно разделить на входные, промежуточные, выходные и целевые. К входным параметрам относятся установочные параметры переработки и те, которые заранее заданы и которые нельзя произвольно менять, а именно технические параметры оборудования и технологические параметры исходного сырья (например, температурный режим переработки, молекулярная масса полимера и т. д.). К промежуточным параметрам относятся такие, которые могут быть изменены в процессе изготовления изделия — продолжительность отдельных стадий цикла, вязкость композиции,, температура формы, давление, скорость смешения компонентов и т. д. Выходными параметрами, зависящими от входных и промежуточных, являются структура и кажущаяся плотность изделия, распределение плотности в объеме изделия, продолжительность изготовления изделия и т. д. К целевым параметрам относятся время формования, расход энергии и сырья, а также качественные характеристики процесса и изделия (непрерывность или периодичность процесса, гладкость или рельефность внешней поверхности, цвет изделия и т. д.). [c.57] По мнению Николаи, именно выходные параметры должны служить научной основой для оптимизации процессов получения высококачественных ИП. Для выявления связи между различными параметрами процесса и свойствами ИП следует исходить из выходных параметров, которые в общем случае должны быть связаны со входными параметрами сложнейшими математическими зависимостями. Заметим, однако, что сегодня, ввиду отсутствия общей теории и надежных эмпирических соотношений, мы не можем сформулировать эти зависимости даже в параметрической форме. [c.57] Скорость реакции отверждения возрастает при повышении начальной температуры композиции и при увеличении концентрации катализатора. Это вызывает и увеличение скорости выделения тепла, т. е. повышение температуры материала. В результате равновесное давление пара увеличивается, а продолжительность формирования поверхностной корки уменьшается. [c.59] Коэффициент теплопроводности формы, определяющий скорость отвода тепла от поверхности изделия, влияет на толщину образующейся корки так же, как и температура формы чем выше теплопроводность, тем благоприятнее условия образования поверхностного слоя [214, 295, 411 ]. Присутствие воды и посторонних газовых включений, образуемых, например, в процессе перемешивания компонентов, всегда отрицательно сказывается на качестве поверхности корки [411, 413]. [c.59] Сложная взаимосвязь переходных параметров с одним из морфологических (выходных) параметров ИП — толщиной поверхностной корки — может быть тем не менее представлена в виде номограммы (рис. 19). [c.59] В ряде работ было прослежено влияние самого принципа изготовления ИП или, пользуясь терминологией Николаи, одного из входных параметров на качество и толщину поверхностной корки [416, 418, 420]. Так, Срон [208] отмечает, что самая толстая корка наблюдается при литье двухкомпонентных ИП, для методов ЛПД-СД она меньше, но выше, чем для методов ЛПД-НД. Для ИП на основе аморфных полимеров значение б, выше, чем для кристаллических, но качество поверхности (гладкость) первых в общем случае хуже, чем вторых [208]. Отмечено также [250], что надмолекулярная структура корки ИП на основе кристаллических полимеров обычно ориентирована. [c.59] Таким образом, увеличение толщины корки достигается либа за счет уменьшения таких параметров, как температура формы, температура исходной композиции, концентрация ГО и катализатора, либо за счет увеличения таких параметров, как плотность, изделия, температура кипения (или разложения) ГО и теплопроводность формы. [c.59] Подчеркнем, наконец, что проблему регулирования толщины корки не следует понимать только как проблему увеличения ее толщины заранее задаваемое уменьшение толщины корки — задача не менее актуальная [4, 410, 421 [. [c.59] Выражения (3) и (4), справедливы для толстых изделий, т. е. для случая, когда толщина переходной зоны (бпз) намного меньше б, (б , б б ). [c.60] Еще одной наглядной иллюстрацией этого положения служат данные Файтла и Хуана [424] о влиянии одного из промежуточных параметров — скорости смешения жидких компонентов композиции— на структуру сердцевины ИП. В этой работе установлено, что увеличение частоты вращения мешалки от 2000 до 8000 об/мин снижает прочность сердцевины, но повышает прочность корки интегральных ППУ. Причина этого явления связана с изменением строения газоструктурных элементов (ГСЭ) [400] сердцевины изделий при низкой скорости образуются крупные ячейки с прочными тяжами, а при более высоких скоростях — мелкие ячейки с прочными стенками. А поскольку несущими элементами ячеек являются по Мюллеру [425] именно тяжи ГСЭ, то при увеличении скорости смешения прочность ГСЭ сердцевины снижается. Таким образом, скорость смешения компонентов позволяет варьировать морфологию и соответственно прочность одного из элементов интегральной структуры. [c.60] Оптимальная частота вращения мешалки составляет 5000— 8000 об/мин [424]. По данным Беннинга, это число должно быть несколько меньше — 4000—6000 об/мин [364]. [c.61] Другие технологические параметры смешения влияют на свойства ИП в гораздо меньшей степени. Так, по данным Срона [208], изменение частоты вращения шнека практически не оказывает влияния на модули упругости и ударную прочность ИП и незначительно изменяет показатель сТр. [c.61] Как указывалось ранее (см. с. 15), изменение давления в системе позволяет в широких пределах варьировать структуру и свойства ИП. Показано, в частности [42], что при литье уменьшение давления в форме всегда повышает равномерность макроструктуры сердцевины. [c.61] До последнего времени считалось, что противодавление в аккумуляторе должно быть достаточно высоким 40—100 МПа с тем, чтобы процесс зарождения газовых пузырьков (начало вспенивания) был бы полностью подавлен. Недавно, однако, Срон [211] показал ошибочность подобного утверждения для изготовления качественных интегральных пенопластов плотность материала в аккумуляторе должна быть ниже плотности расплава вне зависимости от того, какой тип газообразователя (ФГО или ХГО) используется. Например, в расплаве ПС, находящемся в аккумуляторе при 260 °С и 20 МПа и содержащем 1 % (масс.) азоди-карбонамида, растворяется только 38% азота остальные 62% газа существуют в виде микропузырьков. И именно в этом случае, когда противодавление мало, достигается наиболее равномерная и мелкоячеистая структура сердцевины интегрального ПС. [c.61] Тип газообразования оказывает существенное влияние на кажущуюся плотность и качество макроструктуры сердцевины. В ряде работ [42, 146, 214, 411—413, 426] показано, что минимальное значение и наиболее равномерная структура сердцевины достигаются при использовании азота. Для ЛПД-методов Николаи [146] предложил следующий условный ряд увеличения Р(, в зависимости от типа газообразователей N2 Ф-113 Ф-11 Н2О. [c.61] Существенное влияние на градиент плотности оказывают толщина и усредненная плотность самого изделия (см. рис. 21, г). При одном и том же методе изготовления для каждой композиции существует максимальный градиент плотности, который обычно наблюдается при усредненной плотности изделия 500—700 кг/м . Важно подчеркнуть, что по данным Николаи [408] повышение или снижение р не увеличивает, а только уменьшает градиент. [c.63] В ряде случаев контроль и поддержание необходимых температурных режимов процесса изготовления ИП связаны со значительными трудностями. Дело в том, что наряду с легко регулируемыми внешними тепловыми воздействиями, определяемыми точностью и быстродействием работы отдельных узлов оборудования, в частности нагревательных и охлаждающих элементов, внутри композиции в ряде случаев возникают значительные эндо- и экзотермические эффекты, определяемые спецификой химических реакций и физических процессов, происходящих в реакционной смеси. Эндотермические эффекты обусловлены, в первую очередь, присутствием ФГО или ХГО газовыделение требует значительного количества тепла для испарения или термического разложения газообразователей. Экзотермические эффекты всегда возникают в процессе реакций отверждения композиций на основе реакционноспособных олигомеров и при охлаждении пеноматериалов на основе кристаллизующихся полимеров (теплота кристаллизации). Подчеркнем, что при получении именно ИП влияние теплоты экзотермического процесса кристаллизации оказывает значительно большее влияние на качество и свойства изделий, чем при получении обычных пенопластов. В самом деле, как было показано ранее, режим охлаждения вспененного ИП оказывает решающее влияние и на качество поверхностной корки, и на морфологию сердцевины и переходного слоя. [c.64] При достижении температуры кристаллизации в процессе охлаждения свежевспененных полимеров давление газа в ячейках вновь начинает увеличиваться за счет его нагрева выделяющимся при кристаллизации теплом. В том случае, когда скорость охлаждения мала, что чаще всего и имеет место при получении обычных пенопластов, ячейки материала остаются изолированными, так как стенки и ячейки продолжают оставаться эластичными достаточно длительное время. Напротив, при изготовлении ИП интенсивное и быстрое охлаждение поверхностного слоя расплава — одно из основных условий получения высококачественной поверхностной корки. В этом случае стенки ячеек быстро теряют эластичность и тогда вторичное расширение газа в ячейках приводит к разрушению их стенок. Отметим еще раз (см. с. 55), что наибольшее число сообщающихся ячеек наблюдается в зоне, непосредственно примыкающей к поверхностной корке, что приводит к значительному снижению прочностных показателей, особенно к устойчивости ударным нагрузкам. [c.64] Вернуться к основной статье