Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Интегральные пеноизделия на основе термопластов 9
1.1. Теоретические аспекты и способы получения интегральных пенопластов литьем под давлением и экструзией 9
1.2. Влияние ингредиентов вспенивающихся композиций на свойства пеноизделий, получаемых методами литья под давлением и экструзией 26
Глава 2. Объекты и методики проведения эксперимента 54
2.1. Применяемые вещества 54
2.2. Методики проведения экспериментов 56
Глава 3. Особенности реологии газонаполненных систем и влияние их на технологию получения газонаполненных полимеров
3.1. Влияние газообразователей на вязкость полимеров 75
3.2. Регулирование вязкости расплавов полимеров 93
Глава 4. Вспенивающиеся агенты для получения пенопластов методами литья под давлением и экструзией 107
4.1. Модификация газообразователей 107
4.2. Новые нетоксичные вспенивающие агенты 147
Глава 5. Прочность интегральных пеноизделий 158
5.1. Влияние на прочность пеноизделий состава композиции и технологических параметров переработки 158
5.2. Связь прочностных свойств интегральных пеноизделий с параметрами макроструктуры 163
Глава 6. Разработка композиций и технологий получения пенотермопластов второго поколения
6.1. Разработка методов введения газообразователей в полимерную композицию 171
6.2. Экструзия вспененных пластифицированных материалов на основе ПВХ в условиях низкочастотного вибровоздействия на расплав 205
6.3. Исследование свойств модифицированных ПВХ -композиций и вспененных материалов на их основе 217
Глава 7. Особенности получения пенопластов на основе сшивающихся полиолефинов 224
7.1. Литьевые и прессовые методы получения сшитых полиолефинов 224
7.2. Беспрессовые методы получения сшитых полиолефинов 237
7.3. Модификация пенополиолефинов антипиренами 243
7.4. Модификация пенополиолефинов тетраэтоксисиланом 249
Глава 8. Внедрение результатов исследований 256
8.1. Внедрение экструзионных технологий и композиций на основе ПВХ 256
8.2. Внедрение технологий получения пенотермопластов методом литья под давлением 261
8.3. Внедрение технологий получения пенополиолефинов 265
Заключение 270
Список использованной литературы 274
Приложения
- Влияние ингредиентов вспенивающихся композиций на свойства пеноизделий, получаемых методами литья под давлением и экструзией
- Регулирование вязкости расплавов полимеров
- Новые нетоксичные вспенивающие агенты
- Связь прочностных свойств интегральных пеноизделий с параметрами макроструктуры
Введение к работе
В середине 20-го века развитие техники, особенно авиации, привело к созданию материалов нового типа - газонаполненных полимеров.
Газонаполненные полимеры на основе термопластов обладают ценным комплексом эксплутационных свойств: малой плотностью, высокими удельными физико-механическими характеристиками, низкой теплопроводностью, что обеспечивает им широкое применение в самых различных отраслях технологии: строительстве, автомобиле-, ракето-, кораблестроение, в быту.
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.
В последние время все более широкое распространение получают пенопласты, так называемого второго поколения. Эти материалы занимают промежуточное положение между монолитными изделиями и легкими (плотностью менее 100 кг/м3) пенопластами, имеющими равномерную по всему объему структуру, основное назначение которых тепло- и звукоизоляция.
Удельная прочность этих пенопластов на порядок выше традиционных пен и несколько выше монолитных, что связано в основном с интегральной структурой (плотной коркой и вспененной сердцевиной) этих материалов. В связи с чем, эти материалы, которые получили название "интегральные пенопласты" могут рассматриваться как конструкционные, расширяя функциональные возможности пластмасс и ведущие к их экономии.
Разработанные в 50 - 60-х годах методы получения пенопластов можно несколько условно разделить на следующие: прессовые и беспрессовые (для термопластов), заливка и напыление (для реактопластов). 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 термопластов (литье под давлением, экструзия) с прессовым методом показывает несомненное преимущество первых как по производительности, так и по условиям труда. 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 использовании 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 этих "интегральных"("структурированых")пенопластов.
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 принципу 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.
Несколько особое положение занимают пенопласты на основе сшитых термопластов, главным образом полиолефинов. По своим свойствам, в первую очередь по прочностным показателям, они находятся на уровне интегральных, имея в тоже время достаточно равномерную по сечению плотность. С другой стороны для их получения широко используют методы литья под давлением и экструзии, что позволяет отнести эти материалы к пенопластам второго поколения.
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. С этим, в частности, согласны авторы обзора [283].
На наш взгляд, можно выделить ряд проблем, решение которых обеспечит дальнейшее развитие специфической области композиционных полимерных материалов — газонаполненных полимеров.
Во-первых, представляют интерес, с точки зрения получения вспененных изделий максимальной прочности, установление зависимости прочности от параметров интегральной структуры и возможности ее целенаправленного регулирования.
Во-вторых, требует уточнения и расширения понятие «газооб-разователь» (вспенивающий агент). Изменение условий вспенивания значительно расширяет класс веществ, которые могут служить вспенивающими агентами. Тесно к этой проблеме примыкает вопрос об эколо-гичности создаваемых производств, так как газобразователи являются одним из основных компонентов, ответственным за токсичность производства.
В-третьих, 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.
Именно эти направления определяют в конечном итоге создание научных основ технологии изготовления пенопластов второго поколения с максимальными эксплуатационными свойствами. Поэтому основной целью данной работы является освещение именно этих проблем интегральных пенотермопластов.
Влияние ингредиентов вспенивающихся композиций на свойства пеноизделий, получаемых методами литья под давлением и экструзией
Как следует из вышеизложенного, качество структуры пенопластов зависит от физических свойств расплава перерабатываемых композиций. Такие свойства расплава, как вязкость, коэффициент диффузии, модуль эластичности и другие можно регулировать, изменяя технологические параметры. Но практически это трудно выполнимо, так как технологические параметры обычно заранее задают исходя из технологических параметров оборудования, свойств исходного сырья и из экономических соображений.
Более перспективным считается изменение свойств расплава композиции путем изменения ее состава. К настоящему времени известны десятки, если не сотни добавок, изменяющих практически любое интересующее исследователя свойство. Остановимся более подробно на некоторых из этих добавок.
Газообразователи и добавки, влияющие на их характеристики. Основная масса публикаций, касающихся композиций, посвящена газооб-разователям. Все работы условно можно разделить на четыре группы. Первая - работы, посвященные модификации уже известных газообразовате-лей путем добавления различных активаторов или ингибиторов, регулирующих скорость разложения или другие свойства этих газообразовате-лей. Вторая - труды о создании новых газообразователей. Третья публикации, посвященные изучению разложения газообразователей, состава продуктов разложения и т.п. В четвертой - работы о способах введения газообразователей.
Для изготовления пенопластов литьем под давлением или экструзией применяют как химические, так и физические газообразователи.
Примером химического газообразователя, наиболее широко применяемого, служит азодикарбонамид. Несмотря на широкое распространение, азодикарбонамид не лишен ряда недостатков. Во-первых, продукты распада - циануровая кислота и аммиак - коррозируют формы из стали и цинка [3]. Во-вторых, высокая температура разложения (у чистого выше 190 С [88]) затрудняет получение пенопластов из большинства полимеров. Для предотвращения коррозии предлагается вводить в композицию 10 - 300 мас.ч. окиси магния на 200 мас.ч. азодикарбонамида. Окись магния предотвращает коррозию и обеспечивает получение однородной мелкоячеистой структуры [89]. Изменение температуры разложения азодикарбонамида может быть осуществлено введением самых различных добавок. В работе [90] отмечается, что разложение азодикарбонамида активируется щелочной средой и ингибируется кислой. В качестве добавок, снижающих температуру разложения, используют окислы и соли металлов 2-й и 3-й групп периодической системы [32, 83, 91 - 94], соединения хрома [98]. Эффективные добавки — продукты реакции солей цинка с различными аминами [99]. При вспенивании ПВХ стабилизаторы, содержащиеся в композиции, сами являются эффективными активаторами [29], для увеличения эффективности рекомендуется добавлять органические соединения, содержащие аминогруппы, например бензиламин [100]. Введение металлов, особенно тяжелых, не всегда желательно, поэтому в последние годы появились сообщения об активаторах — органических соединениях. В качестве таковых могут использоваться гексаметилентетрамин [101], органические перекиси [102], многоядерные ские перекиси [102], многоядерные фенолы [103], мочевина и ее производные [33] и другие более экзотические соединения [282]. Кроме активаторов разложения применяются и ингибиторы, например производные фенола (в основном при переработке поликарбоната и полиамидов), повышающие температуру разложения до 220 - 250 С [105].
Согласно литературным данным [106], температура разложения азо-дикарбонамида может быть снижена с 190 до 90С. По-видимому, наиболее эффективно применение смеси нескольких активирующих добавок [91]. Многие активирующие добавки, кроме того, увеличивают газовое число азодикарбонамида [98, 107]. На наш взгляд, применение газообразователя с активирующими добавками имеет один существенный недостаток — необходимость контакта активатора и газообразователя. Этот контакт особенно затруднен при гете-рофазном протекании процесса разложения в присутствии полимера, который сильно снижает концентрацию активатора и газообразователя. Поэтому в реальных композициях эффективность активаторов всегда снижается.
В последнее время большое внимание уделяется жидким носителям вспенивающих агентов, которые одновременно служат и активаторами разложения АДКА, при этом эффективность газообразователя увеличивается на 50 % и исключается влияние циануровой кислоты [108].
Особенность применения активирующих добавок в ПВХ-ком-позициях обусловлена низкой термической стабильностью ПВХ. Кроме того, многие добавки типа оксида цинка, оксида магния, хлоридов натрия, калия, цинка, перекиси и некоторые другие соли металлов являются активаторами дегидрохлорирования ПВХ и снижают его статическую и особенно динамическую термостабильность [109]. В последнее время создают соединения, являющиеся одновременно термостабилизаторами ПВХ и ак зо
тиваторами АДКА [110,111]. В основном это кадмиево-цинковые, свинцо-во-цинковые, кальций-цинковые жидкие металлоорганические комплексные соединения, состав которых не раскрывается. Активаторы, чаще жидкие, могут быть нанесены на поверхность частиц газообразователя в процессе производства АДКА, что также повышает его эффективность [112].
Композиции на основе ПВХ содержат компоненты целевого назначения: термостабилизаторы распада ПВХ, пластификаторы, наполнители, лубриканты, красители и другие специальные добавки. Механизм их совместного действия с активирующими добавками на реакцию термораспада АДКА пока не ясен.
В работе [111] с помощью термоаналитических методов изучен термораспад чистого АДКА и в присутствии активирующих добавок. Реакция разложения чистого АДКА протекает в три последовательные стадии и подчиняется уравнению 1-го порядка. В присутствии активаторов различной природы реакция протекает в две или четыре стадии по иному механизму.
Ранее установлено, что термическое разложение АДКА сопровождается образованием азота, окиси углерода, аммиака, оксамида, циануровой кислоты, гидразодикарбоксамида и цианамида. Предполагают, что механизм термораспада АДКА и образование таких продуктов можно объяснить различными схемами, точный механизм которых до конца не установлен [77].
Регулирование вязкости расплавов полимеров
Использование для получения пенопластов методов литья под давлением и экструзии, кроме знания особенности реологии газонаполненных пластмасс, требует решения вопросов целенаправленного регулирования вязкости. Как будет показано далее, вязкость - один из основных параметров, обеспечивающих получение заданной интегральной структуры пенопластов. Изменяя ее, можно варьировать параметрами интегральной структуры (толщиной и плотностью корки, градиентом плотности вспененной сердцевины). ПАВ марки КЭП-2, используемого при получении ряда пенопластов. Из рисунка видно, что введение ПАВ приводит к параллельному смещению кривых течения вверх, что свидетельствует о снижении вязкости расплава. Аналогичные кривые были получены для композиций, содержащих ПАВ на основе окиси этилена (ОП-10) и синтанола. При использовании этих кривых течения были получены зависимости вязкости от концентрации ПАВ (рис. 3.12) и от температуры. Из рисунка видно, что уже небольшие количества ПАВ приводят к резкому падению вязкости, но степень снижения определяется видом ПАВ. Здесь, по-видимому, играет роль совместимость ПАВ с полимером: чем она больше, тем заметнее эффект. Значения энергии активации вязкого течения, рассчитанные для этих композиций, приведены в табл. 3.9. Как видно, наименьшее снижение энергии активации наблюдается в случае применения КЭП-2, что еще раз подтверждает мысль о наименьшем совмещении этого ПАВ с полистиролом. При введении в композицию газообразователя, например азодикарбонамида, кривые течения еще более смещаются вверх.
Двуокись титанаСульфат натрияТалькОкись алюминияКарбонат кальцияПигмент зеленый фталоцианиновыйФиолетовый антрахиноновый 4,15 4,18 4,09 4,35 4,23 4,09 4,16 4,13 4,15 4,22 4,16 4,50 4,38 4,20 4,29 4,20 Как видно из табл. ЗЛО, влияние почти всех приведенных веществ (за исключением талька) незначительно. Несмотря на это, влияние компонентов композиции на вязкость необходимо учитывать, так как суммарный эффект может оказаться весьма значительным. В то же время целенаправ-ленное регулирование вязкости таким образом вряд ли возможно. На наш взгляд, наиболее перспективным является принцип регули рования вязкости, предложенный А. А. Берлином [77]. Принцип "временного пластификатора" заключается во введении в композицию для ф повышения текучести мономеров, совместимых с полимером, которые на определенной стадии процесса получения пенопласта полимеризуются. После этого их пластифицирующий эффект заканчивается. Развитием этого принципа для пенопластов второго поколения явля ется использование в качестве "временных пластификаторов" физических , газообразователей, совмещающихся с полимером лишь при повышенных температурах и после вспенивания остающихся в порах, не влияя на свойства полимерной матрицы. При получении пенополистирола такими "временными пластифика торами" могут являться предельные спирты, совместимость которых с по ф листиролом повышается с ростом углеродного радикала. Так, например, циклогексанол уже при температуре выше 75С становится растворителем полистирола.
Эти зависимости построены по экспериментальным кривым течения. Эффективная вязкость рассчитывалась при напряжении сдвига 100000 Па. Как видно из рис.3.13, эффективность низших спиртов (этилового и третбутилового) значительно ниже, чем изоамилового или циклогексилового, эффективность которых приближается к эффективности дихлорэтана. Циклогексанол, например, в количестве 1 % снижает вязкость полимера в 3,9 раза. Чтобы получить такой же эффект при введении этилового спирта, его в композиции должно быть более 3 %.
Несомненный интерес представляет использование в качестве добавки, регулирующей вязкость расплава полимера, низкомолекулярных фракций этого же полимера. При получении пенополистирола такой добавкой может являться полистирол марки ПСВ, который представляет собой полимер с молекулярной массой 35 - 100 тыс., насыщенный изопентаном (около 4 %), что позволяет кроме решения основной задачи регулирования вязкости решить проблему ввода в композицию физического вспенивающего агента.
О влиянии самого низкомолекулярного полимера на реологические и прочностные свойства высокомолекулярного эмульсионного или суспензионного, анализируя литературные данные, можно сказать следующее. Согласно [113] вязкость полистирола связана с молекулярной массой следующим соотношением: Ло Ма, (3.13) где М - средневесовая или средневязкостная молекулярная масса; а - коэффициент, значения которого находятся в интервале от 3,0 до 4,0. Для монодисперсных полимеров, если скорости и напряжения достаточно низкие, вязкость смеси определяется по уравнению [95] Tb- IwiMi") 5, (3.14) где w\ - массовая доля компонента с молекулярной массой MJ; а - показатель степени в уравнении (3.13). Эти уравнения справедливы при М МС, т. е. молекулярная масса должна быть больше молекулярной массы сегмента. Для полистиролов значение Мс составляет 35000 - 40000.
Новые нетоксичные вспенивающие агенты
Новые способы получения пенопластов - экструзия и литье под давлением — позволяют значительно расширить ассортимент используемых газообразователей. Наибольший интерес представляет использование в качестве газообразователей дешевых, доступных и нетоксичных веществ природного происхождения.
В патенте США [130] описан экструзионный способ получения пенопласта с использованием в качестве вспенивающего агента воды, которая вводится непосредственно в расплав полимера. Этот метод у нас в стране в настоящее время неприемлем. Это связано с отсутствием серийного оборудования, позволяющего вводить воду непосредственно в материальный цилиндр экструдера или литьевой машины.
Введение воды в композицию не приводит к желаемому результату. Во-первых, вследствие высокой гидрофобности многих полимеров не удается добиться равномерного распределения воды по объему полимера. Во-вторых, повышается слеживаемость композиции, появляется эффект зависания композиции в бункере литьевой машины или экструдера.
Несмотря на это, были получены интегральные пеноизделия при использовании в качестве газообразователя воды в количестве 2 — 4 мас.ч. на 100 мас.ч. полистирола. При использовании воды получаются изделия, отличающиеся однородной гладкой поверхностью. Минимальная плотность пеноизделий 580 кг/м . Прочностные свойства падают со снижением плотности гораздо более резко, чем для других композиций. Это связано с тем, что при снижении плотности все большее значение начинает иметь качество структуры. В нашем случае из-за плохого распределения воды качество структуры неудовлетворительное.
Для устранения отмеченных выше недостатков нами предложено использование в качестве газообразователей твердых веществ, выделяющих в определенных условиях, обычно при нагревании, воду. Выбор веществ осуществлялся исходя из следующих соображений: 1. Максимальное количество воды в единице массы вещества. 2. Способность выделять воду в интервале температур переработки полимера за достаточно короткое время. 3. Стабильность при хранении. 4. Необходимость иметь упругость пара больше давления водяных паров, находящихся в воздухе, что позволит в процессе эксплуатации не ухудшать свойства за счет поглощения воды. 5. Дешевизна и доступность. Необходимо отметить, что требования пунктов 3 и 4 одновременно невыполнимы, так как для обеспечения стабильности хранения требуется, чтобы упругость паров была меньше давления водяных паров, находящихся в воздухе.
Исходя из максимального количества воды, мы остановились на тек-тогидратах. В них вода образует непрерывную фазу, а посторонние молекулы лишь стабилизируют образованную структуру. Количество воды в тектогидратах может достигать 50 % и более [229]. Устойчивость текто-гидратов зависит от их структуры. В них положительные ионы всегда окружены координационным полиэдром, образованным из молекул воды, атомы водорода которых направлены наружу. Это должно вызывать значительную деформацию структуры льда. Если искажения малы, то образуются достаточно устойчивые структуры (до 65С для кристаллогидрата сульфата натрия); если искажения велики, то образуются криогидраты, плавящиеся при низких температурах (0С для кристаллогидрата хлористого калия).
Максимальное количество воды содержится в следующих промыш-ленно выпускаемых кристаллогидратах: кристаллогидрате карбоната натрия (62,9 % кристаллизационной воды), кристаллогидрате сульфата натрия (55,9 % кристаллизационной воды), кристаллогидрате сульфата алюминия (48,6 %), кристаллогидрате бората натрия (47,1 %).
Все перечисленные выше кристаллогидраты имеют упругость пара кристаллизационной воды больше давления водяного пара, находящегося в воздухе, т. е. теряют кристаллизационную воду при хранении. При этом более стабильны при хранении кристаллогидраты сульфата натрия и алюминия, наименее стабилен кристаллогидрат карбоната натрия, который легко слеживается. Бура теряет воду только с поверхности, после чего скорость потери кристаллизационной воды резко снижается.
С помощью дифференциально-термического анализа были установлены температуры интенсивного разложения кристаллогидратов. Все исследуемые кристаллогидраты устойчивы при комнатной температуре, и заметное их разложение начинается при температурах выше 40С.
В случае использования кристаллогидратов в качестве газооб-разователя важное значение имеет такая характеристика, как скорость потери воды при температуре переработки полимерных композиций. На рис. 4.15 представлена зависимость потери кристаллизационной воды от времени при температуре 170С. Как видно из рисунка, кристаллогидрат сульфата натрия уже через 8 мин выделяет 90 % кристаллизационной воды, а кристаллогидраты сульфата алюминия и бората натрия теряют 90 % кристаллизационной воды через 15-17 мин. Учитывая дешевизну и доступность кристаллогидрата сульфата натрия и его удовлетворительные свойства по другим параметрам, нами предложено использовать его в качестве газообразователя. На рис. 4.16 представлена зависимость потерь воды в интервале температур переработки полистирольных композиций. Как видно, скорость потери кристаллизационной воды во всем исследуемом диапазоне остается достаточно высокой.
Связь прочностных свойств интегральных пеноизделий с параметрами макроструктуры
Анализ зависимости прочности от плотности для образцов на одной полимерной основе, но с разными газообразователями (рис. 5.3) показывает, что эти зависимости смещены относительно друг друга. При этом для части образцов снижение прочности протекает более интенсивно, чем для остальных. На наш взгляд, роль этих продуктов недооценивается. Практически отсутствуют данные о влиянии их на полимерную основу. Нами уже было показано (см. гл. 3), что эти продукты влияют на вязкость расплавов полимеров и степень влияния различна. Данные табл. 5.1 показывают, что и прочность полимера в определенной степени зависит от этих продуктов. В частности, продукты разложения порофора ЧХЗ-23 заметно снижают прочность, в то время как продукты разложения порофора ЧХЗ-57, наоборот, повышают ее. По-видимому, таким снижением прочности полимерной основы можно объяснить невысокие прочностные показатели пенопласта, полученные с использованием порофора ЧХЗ-23 (см. рис. 5.3). На рис. 5.5 на примере композиции на основе полистирола и поро-фора ЧХЗ-57 представлена зависимость прочности от количества газообра-зователя и от температуры переработки. Анализ значений прочности в зависимости от количества газообразователя и от технологического параметра показывает, что при использовании одной марки полимера прочность пеноизделий может изменяться на 30 % и более. Все эти данные однозначно показывают, что объяснить полученные результаты только изменением прочности полимерной основы не возможно.
Несомненно, важное значение имеет структура интегральных пеноизделий. В настоящее время структура интегральных пенопластов изучена недостаточно, в основном на примере интегральных ППУ. Структура интегральных термопластов практически не изучена, нет также общепринятых параметров структуры, которые всесторонне бы ее характеризовали. Это объясняет почти полное отсутствие работ, в которых предпринимались бы попытки установить связь морфологических параметров с прочностными свойствами интегральных термопластов. На рис. 5.6 представлены кривые распределения плотности инте гральных пеноизделий на основе эмульсионного полистирола. Аналогичные зависимости получены и для других исследуемых композиций. Как видно, тип газообразователя, его количество, технологические параметры процесса литья оказывают заметное влияние на распределение плотности. Полученное распределение мы характеризовали следующими морфологическими параметрами: толщиной 5К и плотностью рк корки, толщиной 5С и плотностью рс сердцевины. Для характеристики переходной зоны мы предлагаем использовать градиент плотности D, предложенный Хубе-ни[1], который достаточно легко определяется графически как тангенс угла наклона между касательной к самому крутому участку кривой зависимости плотности от толщины образца.
Несомненно, что все предложенные морфологические параметры оказывают определенное влияние на величину прочностных показателей. Нам удалось установить параметры, оказывающие максимальное влияние на определенный прочностной показатель.
Зависимости прочности при изгибе и сжатии от параметров D и М целого ряда композиций на основе одного и того же полимера ложатся на одну кривую. Использование другой марки полимера приводит к параллельному смещению этих кривых. Особенно наглядно это видно на примере различных полистиролов: эмульсионного (ПСЭ) (М 600тыс.) и суспензионного (ПСС) (М 300тыс.) (см.рис.5.7). В то же время для некоторых композиций, например с использованием в качестве вспенивающего агента порофора ЧХЗ-23, значения прочностных показателей не ложатся на соответствующую кривую. По нашему мнению, это связано с прочностью полимерной основы, которая заметно ниже и у полистирола марки ПСС и у полистирола марки ПСЭ, содержащего продукты разложения порофора ЧХЗ-23.
Анализ приведенных данных показывает: во-первых, для достижения максимальной прочности при изгибе необходим плавный переход от плотной корки к вспененной сердцевине. Максимальная прочность при сжатии наблюдается при высокой плотности корки в сочетании с большой ее толщиной. Во-вторых, прочность интегрального пенопласта практически на порядок выше прочности изотропного. В-третьих, для полу чения пенопласта с максимальной прочностью как при сжатии так и при изгибе снижение градиента плотности переходной зоны должно происходить, при одновременном росте плотности корки, за счет снижения толщины сердцевины в противном случае один из показателей будет увеличиваться за счет другого. Добиться этого нам удалось, вводя в композицию "временные пластификаторы"
При проведении испытаний образцов интегральных и изотропных пеноматериалов была обнаружена существенная разница в их поведении под нагрузкой. Если образцы из интегральных пен разрушались аналогично монолитному полимеру (модиль упругости при сжатии и изгибе сопоставимы с монолитными образцами), то образцы изотропного пенопласта под действием нагрузки начинают послойно разрушаться, вынуждая определять не предел прочности при сжатии, а прочность, например, при 10% сжатии.
Таким образом, анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы: прочность интегральных пенопластов определяется при постоянной средней плотности пеноизделия распределением плотности по сечению образца; для количественного сравнения прочности различных композиций, полученных при различных технологических режимах, необходимо использовать литьевую форму и экструзионную головку, которые позволяют получать готовые для испытания образцы; распределение плотности зависит от факторов, которые влияют на реологические свойства перерабатываемого расплава, т.е. технологических параметров и, главным образом, от состава композиции, что позволяет достаточно легко влиять на это распределение; полученные зависимости прочности при изгибе и сжатии от параметров структуры (градиента плотности и приведенной плотности корки соответственно) позволяют целенаправленно регулировать свойства получаемых изделий.
