CC BY
64
УДК 661.173
Р. Ф. Хайруллин (магистрант)1, А. М. Кирюхин (зав. лаб.)2, Р. А. Рахимкулов (в.н.с.)2, Н. Ф. Мурзагалиев (спец.)2, Н. Н. Сигаева (д.х.н., проф., в.н.с.)3, В. А. Крайкин (в.н.с.)3
Влияние термомеханической обработки на физико-механические свойства вспенивающегося полистирола
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов; 1, e-mail: 19 [email protected]; [email protected] 2 ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», лаборатория физико-химических исследований полимеров 453256, г. Салават, ул. Молодогвардейцев, 30; тел. (3476) 392566, е-mail: [email protected] 3 Институт органической химии Уфимского научного центра Российской Академии наук 450054, г. Уфа, пр. Октября, 71; е-mail: [email protected]
R. F. Khayrullin1, A. M. Kiryukhin2, R. A. Rakhimkulov2, N. F. Murzagaliev2, N. N. Sigaeva3, V. A. Kraikin3
Influence of thermomechanical treatment on properties of expandable polystyrene
1 Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov, St. 450062, Ufa, Russia; e-mail: 19 [email protected]; [email protected]
2Salavatnefteorgsintez OJSC 30, Molodogvardeitsev str., 453256, Salavat, Russia; ph. (3476) 392566, е-mail: [email protected] 3Institute of Organic Chemistry Ufa Scientific Centre of Russian Academy of Sciences, 71, prosp. Oktyabrya, 450054, Ufa, Russia; е-mail: [email protected]
С целью устранения недостатков, оказывающих влияние на качество гранул вспенивающегося полистирола, производимого на ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», проведено исследование влияния их дополнительной термообработки на физико-механические свойства и эксплуатационные характеристики конечного продукта. Показано, что после термообработки структура гранул стала мелкоячеистой с одинаковым размером пор. Изменение структуры гранул позволило получить полистирол с улучшенными свойствами.
Ключевые слова: водопоглощение; вспенивающийся полистирол; кажушаяся плотность; коэффициент теплопроводности; предел прочности при изгибе; предел прочности на сжатие при 10%-ной линейной деформации; термомеханическая обработка.
В последние годы наблюдается бурный рост рынка вспенивающегося полистирола, важного для промышленности материала 1. Это сопровождается необходимостью усовершенствования технологических процессов его получения.
Пенополистирол представляет собой застывшую при охлаждении жесткую вспененную массу, содержащую только 2% полимера. Замкнутый в ячейках воздух определяет его высо-
Дата поступления 17.05.10
In order to eliminate the deficiencies, that affect on the quality of expandable polystyrene granules, that is produced at Salavatnefteorgsintez JSC, investigated the influence of additional thermo-mechanical treatment on physical and mechanical properties and performance characteristics of the final product. It has been shown that after thermo-mechanical treatment the structure of granules be come fine-meshed with the same pore size. Changes of structure of granules makes possible to obtain expanded polystyrene with improved properties.
Key words: water absorption; EPS; apparent density; heat conductivity coefficient; ultimate compression strength; ultimate bending strength; thermomechanical treatment.
кие теплоизоляционные свойства 2. Кроме того, широкое распространение и использование пенополистирола в качестве тепло-звукоизоляционного материала обусловлено сочетанием следующих свойств: низкие удельная теплопроводность и коэффициент термического расширения; структурная стабильность в широком диапазоне температур (от 80 до 180 оС); устойчивое сопротивление широкому ряду химических веществ (гипохлориты, мыла, соляная кислота 35%-я, азотная кислота до 50%-й); строительные марки не поддержи-
вают горение; низкий коэффициент водопогла-
3—11
щения3 ".
В 2004 г. на ОАО «Салаватнефтеоргсин-тез» введена в эксплуатацию установка производства вспенивающегося полистирола (ВПС) методом прямого насыщения расплава полистирола общего назначения углеводородами С5. Однако получаемый ВПС не вполне удовлетворяет требованиям рынка, поскольку при использовании высокопроизводительного оборудования происходит слипание гранул полистирола на стадии предвспенивания, что затрудняет ведение процесса в автоматическом режиме. Кроме того, при переработке сырья (гранул предвспененного полистирола), полученного на ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», трудно достичь кажущейся плотности блоков 8-12 кг/м . Также в процессе предвспенива-ния необходимо подводить пар с большой температурой, чем при переработке ВПС иностранных производителей (Европа, Китай), что влечет за собой увеличение себестоимости готовых изделий. Поэтому целью данных исследований было установление влияния дополнительной термообработки гранул полистирола на его физико-механические свойства и эксплуатационные характеристики.
Экспериментальная часть
Исследовались гранулы партии полистирола, полученной на ОАО «Салаватнефтеорг-синтез». Характеристики гранул приведены в табл. 1.
Предвспенивание гранул проводили в автоклаве «Ти^паиег» в диапазоне температур от 95 до 105 0С. После предвспенивания гранулы выдерживались в течение 24 ч. Структура пе-нополистирола исследовалась под микроскопом с двухсоткратным увеличением.
Формование плит производилось в форме из стали 12Х18Н10Т с отверстиями через каждые 10 мм размером 300х160х50.
Геометрические характеристики плит определяли по ГОСТ 427-75.
Прочность плит на сжатие при 10% линейной деформации и предел прочности при изгибе по ГОСТ 15588-86 определялись на приборе Б010, в лаборатории отдела технического контроля НПО «Полимер» (г. Уфа).
Теплопроводность полистирола определялась на приборе МИТ-1 по ГОСТ 15588-86.
Водопоглощение образцов оценивалось по ГОСТ 15588-86.
Динамический термогравиметрический анализ был выполнен на дериватографе 0-1000 системы Ф. Паулик, И. Паулик, Л. Эрдей венгерской фирмы МОМ.
Результаты и их обсуждение
Для устранения слипания гранул полистирола на стадии предвспенивания было предложено провести их дополнительную термомеханическую обработку. При подборе оптимального режима варьировались следующие показатели: время обработки; виды теплоносителя; температура обработки.
Термогравиметрический анализ полученных образцов показал, что содержание изопен-тана в гранулах и температура начала потери массы после термообработки не изменились (табл. 2).
На рис. 1 приведены результаты оценки теплопроводности в зависимости от кажущейся плотности для гранул подвергнутых термообработке и не подвергавшихся ей.
Для сравнения на этом же рисунке даны показатели, соответствующие ГОСТ 15588-85. Зависимость предела прочности на изгиб от
Таблица 1
Характеристики гранул ВПС по ТУ 2214-112-05766575
Гранулометрический состав: массовая доля гранул, %, на сите, мм Массовая доля порообразователя, %, не менее Массовая доля остаточного мономера (стирола), %, не более Горючесть, с, не более
1.4 мм, не менее 2.0 мм и ч/з 1.4 мм, не более
87 13 5.7 0.04 1
кажущейся плотности представлена на рис. 2. Видно, что термомеханическая обработка не оказывает существенного влияния на эти показатели.
Как следует из данных рис. 3, имеет место некоторое увеличение (на 0.03МПа) предела прочности при 10%-й линейной деформации у
гранул, подвергнутых термической обработке, по сравнению с исходными образцами. Но самое главное, что с помощью термообработки удается получить материал меньшей плотности (рис. 3, прямая 3). Таких небольших значений плотности без термообработки для вспенивающегося полистирола достичь не удавалось.
Таблица 2
Термогравиметрические характеристики гранул вспененного полистирола
№ образца Термомеханическая обработка Температура начала разложения, оС Потеря массы, %
1 Есть 104 5
2 Нет 104 5
о о.
о 0,0300-..........г............................-.........-....................
0,0280 - > —1-.-1-.-1-
15 20 25 30 35 40 45 50 Кажущаяся платность, кг/мЗ
Рис. 1. Зависимость теплопроводности от кажущейся плотности: 1 — согласно ГОСТ 15588-85 (не более); 2 — до термомеханической обработки; 3 — после термомеханической обработки
Рис. 2. Зависимость предела прочности при изгибе от кажущейся плотности: 1 — согласно ГОСТ 15588-85 (не менее); 2 — до термомеханической обработки; 3 — после термомеханической обработки
Рис. 3. Зависимость предела прочности на сжатие при 10%-ной линейной деформации от кажущейся плотности: 1 — согласно ГОСТ 15588-85 (не менее); 2 — до термомеханической обработки; 3 — после термомеханической обработки.
Рис. 5. Зависимость водопоглащения от кажущейся плотности: 1 — согласно ГОСТ 15588-85 (не более); 2 — до термомеханической обработки; 3 — после термомеханической обработки
До обработки Рис. 4. Поперечный срез пенополистирола
Ш
I
После обработки
Исследование поперечного среза гранул полистирола под микроскопом с двухсоткратным увеличением показало, что термомеханическая обработка оказывает влияние на структуру гранул, которая после обработки стала мелкоячеистой, при этом все поры приобрели приблизительно одинаковый размер (рис. 4).
Как следует из данных рис. 5, водопогло-щение у пенополистирола, изготовленного из гранул, подверженных термомеханической обработке, снизилось в 2 раза. Это, несомненно, явилось следствием изменения структуры гранул полистирола.
20 18 ^ 16 I И
Е 12 о
О 0,5 1 1,1 2 2,5 3 3,5 Масса навески, гр
Рис. 6. Высота подъема предвспененых гранул в зависимости от их массы: 1 — до термомеханической обработки; 2 — после термомеханической обработки
Исследование режима пневмотранспорта (рис. 6) показало, что высота подъема пред-
вспененых гранул при одном и том же расходе воздуха существенно выше, чем у не термооб-работанных. Следовательно, это позволит снизить расход воздуха на пневмотранспорт и материальные затраты, связанные с ним.
Таким образом, в результате проведенных исследований выбран оптимальный режим обработки гранул, позволяющий получить пено-полистирол с улучшенными характеристиками.
Литература
1. Егорова Е. И., Коптенармусов В. Б. Основы технологии полистирольных пластиков. — СПб.:Химиздат, 2005. — 272 с.
2. http://www.dom35.ru/page/isolation/psbs.
3. Аскадский А. А., Матвеев Ю. И. Химическое строение и физические свойства полимеров.— М.: Химия, 1983.— 224 с.
4. Бартенев Г. М., Зеленев Ю. В. Физика и механика полимеров.— М.: Высшая школа, 1983.— 280 с.
5. http://www.e-plastic.ru.
6. http://www.fortmaster.ru/old/st01.htm.
7. Уорд И. Механические свойства твердых полимеров.— М.: Химия, 1975.— 360с.
8. Теплофизические и реологические характеристики полимеров / Под ред. Ю. С. Липатова.— Киев: Наукова Думка, 1977.— 254 с.
9. Тернер С. Механические испытания пластмасс. — М.: Машиностроение, 1979.— 304 с.
10. Афанасьев И. Д. и др. Производство и применение этиленпропиленовых каучуков. — Л.: ЛДНТП, 1988.— 189 с.
11. Кобаяши А. Обработка пластмасс резанием. — М., 1974.— 54 с.
