2. экспериментальная часть

1.4. РАЗЛИЧНЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОПОЛИЭТИЛЕНА


1.4.1. Экструзионные метод
Обший принцип. Получение пенополиэтилена методом экструзии состоит в том, что в экструдер подается однородная композиция, состоящая из полимера, порофора ( в виде порошка или концентрата) и необходимых добавок. В экструдере происходят уплотнение, нагрев и расплавление полимера, полное разложение газообразователя, насыщение расплава полимера газом и формование гомогенного расплава в головке. Сразу же по выходе из экструдера композиция вспенивается, и полученный материал охлаждается/18/.
Экструзионным методом изготавливают пенопласты с равномерной, мелкопористой структурой. Регулировка размера пор и равномерности их распределение осуществляется изменением температуры и давления расплава, а также варьированием концентрации вспенивающего агента /19/.
В случае, когда пенополиэтилен должен иметь низкий объемный вес, то для повышения стабильности жидкой пены применяют, газообразователи ФГО, выполняющие одновременно функцию «внутреннего охлаждающего агента».
Матюхина Г.Н., и другие для получение наполненных химический сшитых пенополиэтилена использовали следующие ингредиенты состоящая из ПЭ, органических перекиси, порофора, активатора разложения, внутреннего смазывающего агента и минерального наполнителя. В качестве минерального наполнителя композиция содержит карбонат кальций фракции 14-40 мкм /20/.
Методом экструзии изготавливают пенопласты в виде листов шириной до 1500 мм , профилей узких лент, жгутов и труб. Для изготовления легких широких листов и пленок используют кольцевые головки (круглые мундштуки). Преимущества экструзионного метода производства пенопластов очевидны: непрерывность процесса, возможность его полной автоматизации, высокая производительность, регулирование в широких пределах объемного веса, разнообразие ассортимента изделий.
На качество пенополиэтилена, получаемого методом экструзии, влияют следующие конструктивные и технологические параметры: распределение давления вдоль цилиндра экструдера, давление в экструзионной головке, температурный режим, конструкция мундштука, режим охлаждения /1/.
Изучено влияние газообразователя на степень роста вспененного материала на основе ПЭ и его физико-механический показатели. Установлено, что вулканизующий агент заметно влияет на остаточную деформацию. Исследовано влияние наполнителей на основные характеристики материала. Изучена роль технологических факторов в формировании основных характеристик вспененного полиэтилена /21/.
Для несшитых пенополиэтиленов, изготавливаемых методом прямой экструзии путем непосредственного введения газа, изменение величины давления во время ввода газа в полость цилиндра экструдера дает возможность контролировать качество поверхности, объемный вес, равномерность распределения ячеек в объеме и размер ячеек пеноматериала.
Авторы получили несшитые пенополиэтилен с замкнутыми ячейками и плотностью 10-150 кг/м³ на основе смеси полиэтилена с плотностью 918-925 кг/м³ и индексом расплава 1-3 г/10 мин с 0.5-2%, в качестве агента контроля газообразования использовали кристаллические SiO₂, талька, стехиометрический количество лимонной кислоты и бикарбоната натрий. Пенопластов получено с использованием жидких стабилизатора из числа полиэтиленгликоля с молекулярный массой 200-15000, диметилового эфира тетраэтиленгликоля, трипропиленгликоля и как пенообразователей смеси аргона, азота и СО2, подаваемых в заданных соотношениях и скоростях /22/.
Важнейшим фактором получения качественной макроструктуры пенополиэтилена является температура цилиндра и головки экструдера /23/.
Изготовление открытоячеистого пенопласта с водостойкой, эластичной и стойкой к разрыву оболочкой проводят путем экструзии с такими параметрами, чтобы образец, вырезанный из экструдата, при 80%-ной сжатии, краткой выдержки сжатия и быстрого снятия нагрузки показывал время 100%-ного восстановления объема 3-10 сек . Размеры образца 10x3x1 см. при помещении образца на 50 мм под зеркало воды за 24 ч он должен увеличивать содержание воды 1% от объема погруженного в воду образца. В случае использования ПЭ кривая размягчения при подъеме температуры должна иметь два пика, один при 90 ⁰ С и второй при 110 °С. Температура экструзии 111-115 °С. В случае использования смеси доля ПЭ должна составлять 50%. В качестве вспенивателя применяют изобутан или пропан, количество которых для пенопластов с объемном весом 20-100 кг/м берется 6-14% от веса загруженного в экструдер материал. Давления экструзии в сопле с площадью экструзии 5 см² составляет 46-52 бар. Материал используют в строительстве для уплотнения стыков, в качестве наполнителя для упаковки, для наплечников и шлемов и других целей /24/.
С помощью органических перекисей и химических газообразователей, экструзионным методом, изготавливают сшитый пенополиэтилен как высокого, так и низкого объемного веса/1/.
Вспениваемые полиолефиновые композиции, сшиваемые под действием Силанов, содержат 100 масс.ч смеси (%) 5-90 ПЭ с Силановыми сшивками (ПЭС) и 95-10 ПО и 2-20 масс.ч сульфонилгидразида в качестве вспенивающего агента, при нагревании разлагающегося с выделением кислот или воду / 25 /.
Ларионовым, Матюхиной и Покровским /26/ было проведено систематическое исследование закономерностей получения легкого (J=80 кг/м³) химически сшитого пенополиэтилена ВД методами экструзии, прессования и автоклавирования. Изучение композиций содержали (в вес.ч.): полиэтилен ВД марки П-2010В (мол.масса 15000-20000, индекс расплава 0,9г, 10 мин.)- 100; азодикарбонамид (AKA)- 5; активаторы разложения порофора- 0,5; сшивающий агент перекись дикумила-1. При температуре выше 180°С достигается высокая скорость вспенивания композиции, содержащей AKA и перекись дикумила, однако объёмный вес пенопласта в этом случае снижается не более чем до 100 кг/м ,причем формируется крупноячеистая и неоднородная структура. Введение активаторов разложения порофора AKA- окиси цинка и стеарата цинка- приводит к резкому снижению температуры разложения АКА, и сшивка полиэтилена происходит уже почти одновременно с интенсивным разложением порофора. В результате высокая скорость вспенивания достигается уже при 150-160°С, а объёмный вес пенопласта удаётся снизить до 50 кг/м³.
Метод прямой экструзии. Данный метод позволяет с помощью ХГО, ФГО и газов изготовлять пенополиолефины с качественной закрытоячеистой структурой в основном в виде тяжёлых материалов (коэффициент вспенивания 2-3) /27/. В этом случае содержание порофоров должно лежать в пределах 0,25-1,0 %, увеличение концентрации приводит к коалесценции пены.
Согласно многочисленным данным /28/, для достижения качественной структуры экструзионных пенополиэтиленов и контролируемой степени вспенивания необходимо в первую очередь точное согласование реологических, температурах и кинетических параметров процесса в различных узлах экструзионной машины.
Экструзия с последующим вспениванием. Данный метод, иначе называемый методом двухстадийной экструзии, позволяет изготавливать легкие пенополиолефины объемного веса менее 100 кг/м³. сущность этого метода состоит в том, что полиэтиленовую композицию экструдируют на червячном прессе без вспенивания, либо с частичным подвспениванием, а затем производят сшивку и вспенивание в нагревательных формах ( в токе СО₂ ), в воздушных термостатах и нагревателях или в специальных ваннах с горячим жидким теплоносителем, в качестве которого используют силиконовые жидкости, парафин, технический воск, низкомолекулярный полиэтилен и др. В последнем случае оптимальные температурные режимы процесса таковы: 1-я зона цилиндра - 100 ° С, 2-я -110 ° С, 3-я - 120 ° С, головка цилиндра-100-150 ° С, ванна вспенивания - 200-210 ⁰C /29/.
Пенополиолефины с плотностью 16-160 кг/м³ в виде пластин толщиной 10—100 мм изготовляют следующим образом. Первоначально смешивают расплав ПО (ПЭ, ПП, СПЛ этилена и α-олефинов С>3) со смесью (40-60, 60-40) изо- и н-бутана. Пенопласты изготовляют при экструзии со вспениванием получаемой композиции при её попадании в зону пониженного давления /30/.
Нанесение жесткой и эластичной изоляции из пенополиэтилена на токопроводящую жилу / 31,32/ осуществляется на обычном экструзионном оборудовании со скоростью 180-200 м/мин с тщательным контролированием температуры и давления. Сам провод должен быть нагрет не менее чем до 120 ⁰ С, а давление массы у мундштука должно составлять . не менее 140 кгс/см². аналогичным способом изготовляют изоляцию для магистральных коаксиальных кабелей, применяющихся в телевидении и радиотехники /14/.
В экструзионных листовальных агрегатах, предназначенных для переработки термопластов, изготавливают как низковспенные листы (γ = 400-600 кг/м³) шириной до 1500 мм и толщиной 1-6 мм на основе полиэтилена /14/ и полипропилена /33/,так и легкие листы ( γ = 10-60 кг/м³) из полиэтилена и полипропилена толщиной до 1 мм.