Характеристика и свойства конструкционных полимерных материалов

Основные эластичные пенополиуретаны на простых полиэфи­рах. За последние три десятилетия в нашей стране освоен выпуск эластич­ных пенополиуретанов на простых полиэфирах различных марок (разра­ботчик - HI 10 «Полимерсинтез»). Из них требованиям мебельной про­мышленности удовлетворяют ППУ-201-1 (ТУ 13-63-82), ППУ-222 (ТУ 011-13-0273250-19-88), ППУ-ВЭ (ТУ 6-05-221-906-87). ППУ-5-30 (ТУ 6-05-2029-86).

ППУ-201-1 и ППУ-222 предназначены для получения формованных деталей мягкой мебели в специальных формах, а ППУ-ВЭ и ППУ-5-30 -блочный пенополиуретан. ППУ-201-1 применяется на предприятиях ме­бельной промышленности для получения формованных беспружинных элементов мягкой мебели. Объем его производства в 1987г составил более 8 тыс.т.

Пенополиуретан марки ППУ-222 разработан НПО «Полимерсинтез» совместно с ВПКТИМом и представляет собой облегченный формованный ППУ для изготовления беспружинных элементов мягкой мебели сложных архитектурно-художественных форм. Производство компонентов для из­готовления эластичных элементов мягкой мебели из ППУ-222 организова­но на ПО «Корунд» взамен ППУ-201-1.

Блочный эластичный пенополиуретан марки ППУ-5-30 предназна­чен, как и поролон, для применения в качестве настила на пружинные бло­ки. 11роизводство его осваивается Киевским заводом химикатов. Отличает­ся от поролона более низкой кажущейся плотностью и лучшей упругой деформацией.

Блочный высокоэластичный пенополиуретан ППУ-вэ 30 и 40 пред­назначен для изготовления высококомфортабельных беспружинных эле­ментов мягкой мебели путем различной профильной резки.

В табл.6 приведены показатели физико-механических свойств раз­личных эластичных ППУ на простых полиэфирах холодного формования, предназначенных для изготовления элементов мягкой мебели.

Сырье для производства эластичного ППУ на простых полиэфирах холодного формования состоит из двух жидких компонентов: компонента А и Б.

Компонент А содержит простые полиэфиры, катализатор, газообразователь и воду. Из простых полиэфиров применяют лапролы. Например, для ППУ-201-1 используют лапрол 5003 с небольшой добавкой лапрола 402. в качестве катализатора используется третичный амин (дабко), в каче­стве гозообразователя - хладон-1 1.

Таблица 6.

Показатели физико-механических свойств различных пластичных ППУ

Показатель ППУ-201-1 ППУ-222 ППУ-5-30 ППУ-ВЭ-30 ППУ-ВЭ-40

Кажущаяся плотность, 55...85 40...50 30 ± 5 30 ± 5 40 ± 5

кг/куб.м

Эластичность по от- 60 60 40 58 58

скоку,%, не менее

Напряжение сжатия 2...12 2.. .8 2...4 2...4 3...5

при 40%-и ой дефор­мации. КПа

Относительная оста- 5 5 5 5 5

точная деформация

через 72 ч при t= 20C.

и 50%-ном сжатии, %, не более

Разрешающее напря- 70 70 70 70 70

жение при растяжении. КПа. не менее

Относительное удли- 60 60 60 60 60

нение при разрыве, %, не менее

Компонент Б представляет собой смесь изоцианатов. Для ППУ-201-1 применяют толуилендиизоционат и полиизоцианат в соотношении 1:1.

При производстве пенополиуретана на простых полиэфирах холод­ного формования основными параметрами технологического режима яв­ляются длительность выдержки пенокомпозиции в форме и длительность вызревания изделий после извлечения их формы. Для более быстрого от­верждения композиции в формах и сокращения сроков вызревания необ­ходимо применять более реакционноспособные компоненты, чем компо­ненты, применяемые при производстве полиуретанов горячего или теплого отверждения. Поэтому применяются полиэфиры с высоким содержанием первичных гидроксильных групп (гидроксильное число 28...35) и поли-изопианаты с соответственно высоким содержанием изоцианатных групп (37...44%).

В России для производства элементов мягкой мебели наряду с отече­ственными ППУ широко используется пенополиуретан на простых поли­эфирах холодного формования системы «Сиспур» (производство Герма­нии): «Сиспур» SWK 6308 и SWK 6307/4. «Сиспур» SWK представляет собой двухкомпонентную систему для изготовления пенополиуретана с кажущейся плотностью 15...34 кг/куб.м при изготовлении блочного

материала и 35...80 кг/куб.м при изготовлении формованных элементов, вспененных в форме.

Основные свойства материала указанных марок приведены в табл.7.

«Сиспур» SWK 6307/4 обладает несколько лучшими механическими свойствами. Вследствие хорошей текучести композиции система пригодна для получения крупных формованных изделий, в том числе армированных.

Обе системы «Сиспур» перерабатываются цреимущее1венно па ма­шинах низкого давления вспениванием в форме. Длительность выдержки в форме зависит от. толщины деталей и составляет 10... 15 мин для SWK 6307/4 и 15.. .20 мин для SWK 6308. Изменение соотношения компонентов в сторону увеличения доли компонента А приводит к сокращению длительности реакции и соответственно снижению длительности выдержки в форме.

Производство пенополиуретанов на простых полиэфирах организовано во многих зарубежных странах. Одно из ведущих мест занимает фирма «Байер" (Германия) в сотрудничестве с фирмой "Машиненфабрик Хеннекс". Доля их продукции на мировом рынке составляет свыше 30%.

Доминирующая роль в ассортименте выпускаемых пенополиуретанов занимают эластичные материалы (свыше 60%), которые производятся как в форме блоков, так и в виде формованных элементов. Формованный пенополиуретан на простых полиэфирах холодного формования выпуска­ется фирмой «Байер» под торговым названием "Байфит" и широко применяется в мебельном производстве. В настоящее время объем формованного пенополиуретана из общего объема эластичного ППУ составляет примерно 20%.

Фирма PRB (Бельгия) выпускает различные модификации эластич­ного и жесткого пенополиуретана на простых полиэфирах холодного фор­мования, при этом в больших объемах производят эластичный ППУ. Осво­ен процесс получения высокоэластичных блочных пенопластов с кажу­щейся плотностью 20...40 кг/куб.м. в мебельном производстве в последние годы начал широко применяться эластичный огнестойкий ППУ "Файренд", содержащий до 30% минеральных добавок со значительным колебанием кажущейся плотности, твердости и огнестойкости. Серийно организовано производство двух марок этого материала: "Файренд PPI" и "Файренд Т".

Фирма NPI (Япония) выпускает большой ассортимент пенополиуре­танов, в том числе компоненты для изготовления элементов мягкой мебели (простые полиэфиры и толуилендиизоционат Т-80).

Французская фирма «Пьер Бониэрр» разработала различные марки эластичного пенополиуретана: Ех-20 - высокоэластичный ППУ, Ех-27 -ППУ, применяемый для изготовления матрацев; D-25 и D-30 с повышен­ной твердостью - для изготовления сидений и локотников.

Различные марки эластичного пенополиуретана выпускаются в США, Канаде, Италии и других, промышленно развитых странах.

Крупнейшим производителем эластичного пенополиуретана на про­стых полиэфирах в Скандинавских странах является финская фирма «Эспе». Ею производятся высококачественные пенопласты марок HR (High Resilience) и комбинированный пенопласт Суперфлекс-33.

В последние годы в ряде стран наряду с жесткими интегральными пенополиуретанами начали выпускать и эластичные интегральные ППУ (ИППУ), которые отличаются высокой механической прочностью. Плот­ность пленки эластичных ИППУ равна плотности мономера (в среднем 400 кг/куб. м), а плотность сердцевины примерно 50...60 кг/куб.м. наиболее важными показателями ИППУ при изготовлении элементов мягкой мебели являются относительное удлинение и разрушающее напряжение при сжа­тии. Для получения оптимальных значений этих параметров варьируют рецептуру системы, в частности содержание простых полиэфиров.

В России ИППУ широко применяют в основном в автомобильной промышленности.

В ФРГ эластичные ИППУ для мебельной и автомобильной промышленности выпускает известная фирма "Басф".

ПЛАСТМАССЫ

В промышленности, в том числе и в производстве мебели, полимеры в чистом виде без добавок практически не применяются.

Материалы на основе полимеров, содержащие различные целевые добавки, для получения определенного сочетания свойств называются пластмассами. Кроме полимеров, е состав пластмасс могут входить в качестве компонентов наполнители, отвердители, пластификаторы, мягчители, красители, стабилизаторы и т.д. Таким образом, пластмассы обычно представляют собой сложную композицию различных веществ, основным из которых является полимер, выполняющий роль связующего и определяющий основные технические свойства материала.

В зависимости от эластичности пластмассы делят на три группы: жесткие (модуль упругости - 700 МПа), полужесткие (70.. ,700 МПа) и мягкие (до 700 МПа).

Добавки, вводимые в пластмассы, выполняют различные функции. Наполнители обычно вводят для улучшения внешнего вида изделий из полимера, повышения показателей физико-механических и химических свойств, а также для снижения стоимости изделий.

Различают инертные и усиливающие наполнители. Инертные наполнители не оказывают влияния на физико-механические свойства композиции и лишь снижают её стоимость, а в ряде случаев облегчают их

переработку. Усиливающие наполнители повышают механическую прочность полимерных материалов.

Наполнители бывают газовые, порошковые, волокнистые и слоистые. В качестве газовых наполнителей применяют воздух, азот и другие газы, в качестве порошковых - древесную муку, графит, тальк, цемент и т.п. Волокнистыми наполнителями служат различные волокна (асбестовые, льняные, стеклянные и др.), слоистыми - ткани, шпон, бумага.

В табд.1 приведены данные, показывающие влияние наполнителей на прочностные свойства полимера.

Отвердители способствуют переходу линейных полимеров в пространственные. В качестве отвердителей применяют перекиси, кислоты, щелочи, соли.

Стабилизаторы повышают устойчивость полимерных материалов к действию тепла, света, атмосферным воздействиям и т.д., т.е. удлиняют срок службы полимеров. Количество стабилизатора не превышает 2-3%, обычно их вводят в долях процента. Хорошим термо - и светостабилизатором является сажа.

Таблица 1. Прочность полимеров с различными наполнителями

	Прочность, МПа *	10
Материал
	растяжению	изгибу	удару
Фенолоформальлегидпый
полимер:
беч наполнителя	343.35	735.75	1.1772
с древесной мукой	392.40	784.80	4,5126
с асбестовым волокном	343.35	784.80	26.4870
со стеклотканью (текстолит)	2746,80	1765	10" 3

Пластификаторы вызывают набухание полимеров, в результате чего повышаются его прочность, морозостойкость, снижаются усадочные напряжения и деформации, повышается сопротивление ударным нагрузкам. Введение пластификаторов в полимер способствует ослаблению межмолекулярного взаимодействия, благодаря чему повышается гибкость макроцепей. Величина этого эффекта, как правило, определяется количеством введенного пластификатора.

От выбора пластификатора во многом зависят свойства пластмасс и их поведение в условиях эксплуатации. Применяют жидкие или смолообразующие пластификаторы. Из жидких пластификаторов применяют дибутил - и диактифталаты, трифенил - и трикрезилфосфаты и

др. из смолообразных - высокоэластичные полимеры- каучуки (полисульфидный, полиизобутилен и др.).

Модификаторы позволяют направленно изменять физические, механические или химические свойства полимеров, например, снизить их хрупкость, горючесть, склонность к старению и т.д.

В качестве модификаторов могут применяться твердые, жидкие и газообразные вещества минерального и органического происхождения, например хлор, кислоты, природные смолы, битулен, растительные масла и т.д.

Мягчители в отличие от пластификаторов действуют как инертные разбавители, повышая мягкость, гибкость и эластичность полимеров.

Антипирены снижают горючесть полимеров.

Порофоры (газообразователи) образуют газы, необходимые для получения газонаполненных пластмасс (пено - и поропластов). При помощи их создается ячеистая структура. Они могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Твердые порофоры выделяют газы при нагревании или химических реакциях с компонентами пластмасс (например, карбонат и бикарбонат натрия и т.п.), жидкие порофоры способствуют образованию ячеистой структуры при испарении (изопентан, фреон, бензол и др.). в качестве газообразных применяют воздух, инертные газы.

Антистатики уменьшают электролизацию полимеров в процессе переработки.

Красящие вещества окрашивают пластмассы. Их подразделяют на ИИ1 мен ты и красители. Пигменты не растворяются ни в каких растворителях, красители -растворимые вещества. Как правило, окрашивание производят добавлением красящих паст в пластмассу перед переработкой или окрашиванием в процессе синтеза полимера.

Пластмассы могут быть монолитными и газонаполненными (ячеистой структуры).

Газонаполнительные пластмассы, в отличие от монолитных, физически неоднородны и представляют собой материал с системой изолированных или сообщающихся ячеек. Их подразделяют не пено - и поропласты. В пенопластах полимер образует систему изолированных ячеек, содержащих газ и разделенных тонкими стенками. По своей структуре они напоминают затвердевшую пену. Плотность пенопластов 0,03....0,3 г/куб.см. В поропластах полимер образует системы сообщающихся ячеек, заполненных газом. Плотность поропластов 0,3 г/куб.см. И больше. Однако получить газонаполненные пластмассы с одним видом ячеек не удается.

Газонаполненные пластмассы могут быть жесткими, полужесткими и эластичными. Они обладают ценными свойствами, основные их которых - чрезвычайная легкость при относительно высокой прочности и низкая

теплопроводность. Так, масса 1 куб.м. пластмассы составляет всего 15.,..20 кг, а теплопроводность слоя пенопласта толщиной 2,5 см равна теплопроводности древесины толщиной 15 см.

Получение вспененных полимеров включает стадию введения или образования газовых пузырьков в реакционной системе. Образование газовой фазы может осуществлятся двумя путями: воздух захватывается жидкой фазой при перемешивании или газовая фаза образуется за счет реакции полимеризации, испарения низкокипящих растворителей, термического разложения порофоров и т.д.

Давление газа в пузырьках больше, чем в окружающей жидкости.
При этом, чем меньше диаметр пузырьков, тем большее давление
возникает в них, поэтому газ стремится диффундировать из маленьких в
большие пузырьки. Полидисперсность пены способствует

разрушению за счет диффузии газа из маленьких пузырьков в большие.

Диффузионное разрушение пены увеличивается с уменьшением толщины стенки ячеек. В начале пенообразования газовые пузырьки имеют шарообразную форму, но когда жидкой фаза становится меньше 25%, пузырьки принимают форму многогранников.

Вспенные пластмассы получают из водных растворов (пенорезину на основе латексов), из почти безводных относительно низковязких систем (пенополиуретаны), из расплавов полимера (пенополиолефины, пенополистирол).

Стабильность пузырьков пены в процессе их роста обусловлена эластичностью и реологическими свойствами образующей их пленки. Важной характеристикой пенопласта является соотношение числа открытых и закрытых ячеек в нем, которое влияет на показатели физико-механических свойств (водопоглощение, теплоизоляционные и другие характеристики).

Макроструктура пеноматериалов характеризуется следующими параметрами; линейными размерами ячеек, степенью их вытянутости и ориентацией по отношению к направлению вспенивания, степенью замкнутости, кажущейся плотностью пенопласта, толщиной стенок, давлением газа внутри ячеек и т.д.

Количество полимера-основы в пенопласте оказывает влияние на кажущуюся плотность материала. Так, в пеноматериале с низкой кажущейся плотностью объемное содержание полимера составляет менее 5%. Полимер распределяется в виде тяжей и тонких оболочек, образуя ячейки, заполненные газом.

Структура пенопластов характеризуется значительной неоднородностью, что приводит к разбросу физико-механических показателей. Так, даже у образцов, вырезанных из одного блока отклонения кажущейся плотности, степени замкнутости, вытянутости и размеров ячеек достигают 15% и более.

Пенопласт, как правило, горючи. Их классифицируют по коэффициенту горючести К (отношение количества тепла, выделяемого образцом при горении, к количеству тепла, подведенному к образцу во

время испытания) следующим образом: К>\ - негорючие; ЛГ=О,1 1,5 -

трудногорючие; К < 0,5 - горючие; К < 2,1...-2,5 трудновоспламеняющиеся.

Пенопласты можно разделит на две основные группы: 1) пенопласты на основе термопластичных смол, размягчающихся при повторном нагреве (па основе полистирола и полихлорвинила); термопластичные полимеры вспениваются в высокоэластичном состоянии в присутствии газообразователя; 2) пенопласты на основе термореактивных смол, отверждающихся при вспенивании и не размягчающихся при повторном нагреве (феноло-формальдегидных, полиуретановых и др.).

К пенопластам, используемым в производстве мебели, предъявляют­ся более высокие требования, чем к пенопластам, применяемым в строи­тельстве. Основное из них - обеспечение необходимой жесткости изделий при минимальной затрате материалов. Срок службы в закрытых помеще­ниях должен быть не менее 20 лет.

Заключение.

Применение полимерных материалов в производстве мебели позволяет резко повысить производительность труда, максимально механизировать процессы производства, применять более прогрессивную технологию, увели­чить коэффициент использования материалов, заменить дефицитные тради­ционные материалы, в первую очередь древесину, в ряде случаев улучшить санитарно-гигиенические условия труда, снизить пожароопасность.

Список литературы.

1. 
   «Материалы на основе полимеров в производстве мебели», Е.Е. Фло -
   мина, 1989
   
2. 
   «Производство деталей и узлов мебели из полимерных материалов»,
   И.М. Карельштейн, 1997
   
3. 
   Издательство «Знание», «Химия - производству», 1975
   

Летали и изделия мебели из вспененных газонаполненных термопластов а - антресольная дверца из полистирола; б, в, г - стулья из ударопрочного поли­стирола; д - стеллаж




I II III
Рис. 1 Зависимость плотности ИППУ от толщины материала.

Министерство образования Российской Федерации

МОУ средняя общеобразовательная школа № 1

РЕФЕРАТ

«Полимеры в мебельной промышленности»
Выполнила:

Балкашинова Дарья

11 «А» класс

Проверил:

преподаватель химии

высшей категории

Десятниченко О.А.

Слайд – презентация

преподаватель информатики

первой категории

Рейзвих Т.Н.


ВОЛХОВ

2005