Влияние добавок на структуру и свойства экструдированного пенополистирола

Один из перспективных способов переработки вспенивающегося полистирола — экструзия. Благодаря непрерывности технологического процесса, высокой механизации и автоматизации при экструзии можно получать недорогой материал Этот способ незаменим при производстве тонких пенополистирольных листов, стержней, труб и погонажных изделий.

В качестве порообразователей используются твердые, жидкие и газообразные продукты. За рубежом предпочитают жидкие пентан и изопентан в количестве 5—8%. Их применение позволяет получать пенополистирол с однородной мелкоячеистой структурой.

Однако переработка экструзией вспенивающегося полистирола, содержащего изопентан, невозможна без специальных добавок, образующих в экструдатеактивные центры ячеек. Такими добавками могут быть органические кислоты в смеси с бикарбонатами щелочно-земельных металлов. Как же они влияют иа структуру и физико-механические свойства пенополистирола, получаемого экструзией?

В УКРНИИПЛАСТМАСС для экструзии этого материала использовали вспенивающийся суспензионный полистирол марки ПСБ, содержащий 5, 7% изопентана и добавки — смеси органических КИСЛОТ (ЛИМОННОЙ, винной, янтарной, салициловой и др.) или борной кислоты с бикарбонатом натрия или с карбонатом аммония.

ПСБ и добавки смешивали в смесителе сухого смешения в течение 15 мин. Затем композицию экструдировали на шнек-машине SNV-63 через профильную головку с диаметром мундштука 16 мм. Угловая скорость шнека 20 об/мин, температура головки 120°С; температура цилиндра в I, II, III и IV зонах — 90, 120, 120 и 120°С соответственно.

Материал получали в виде круглых стержней, из которых вырезали образцы для физико-механических испытании, проводившихся по ранее разработанным методикам


Определение размеров ячеек и фотографирование структуры пенополистирола производили на микроскопе МБИ-11 при увеличении Х66, 78 раз.

Эксперименты показали, что прч экструзии вспенивающегося полистирола ПСБ (с порообразователем изоперитном) он превращался в бесформенную массу, имеющую неоднородную структуру с большим количеством разрушенных ячеек размерами от 0,1 до 10 мм. Такой продукт хрупок и не пригоден для практического применения.

С добавками же, образующими активные центры ячеек, можно получать пенополистирол с однородной мелко- и крупноячеистой структурой (см. таблицу). При экструзии на его поверхности а — лимонная кислота с NaHC03; б — винная кислота с- NaHCOs; в—борная кислота с (NH-tbCCb): г — янтарная кислота с NaHC03: д — щавелевая кислота с NaHCOs; монохлоруксусиая кислота с NaHC03 (круглого профиля) образуется корка. Следует отметить, что с ростом размеров ячеек она увеличивается (как и диаметр профиля), а следовательно, увеличивается и объемная масса продукта.


Вводя различные добавки, можно регулировать структуру экструдируемого пенополистирола, изменяя размеры ячеек от 0,09 до 1,2 мм (рис. 1). Наиболее однородной и мелкоячеистой структурой обладает материал, полученный при экструзии вспенивающегося полистирола ПСБ с добавками лимонной кислоты и бикарбоната натрия.

С образованием структуры тесно связаны механические свойства изделия. Например, смеси-добавки лимонной кислоты с бикарбонатом обуславливают продукт с равномерной мелкоячеистой структурой (размеры ячеек 0,1-5-0,16 м.ч) и высокими прочностными свойствами (прочность при 10%-пом сжатии—2,—2,2 кГ/см2; предел прочности при, сжатии 7—3.8 кГ/см2; при растяжении—2,5—4.1 кГ/см2; при изгибе — 6,0 кГ/см2).

Если в качестве добавок применять смеси монохлоруксуснон или салициловой кислоты с бикарбонатом натрия, то получается с неравномерной крупноячеистой структурой (размеры ячеек 0,84—1,13) и низкими прочностными показателями (прочность при 10%-ном сжатии— 1,6—1,8 кГ/см2-, предел прочности при сжатии—2,2—2.8 кГ/ом2; при растяжении—0.7—1.1 кГ/см2; при изгибе — 2,0 —2,5 кГ/см2). Кривые зависимости механических свойств от структуры экструдированного пенополистирола (рис. 2) свидетельствуют о том, что с ростом размеров ячеек прочностные свойства материала снижаются и особенно резко— предел прочности при растяжении и при изгибе (кривая III).


Следует отметить, что водопоглощение также зависит от структуры материала (рис. 3). В течение 1—7 сут оно изменяется незначительно (кривые / и II), ио через 28 сут резко увеличивается у пенополистирола с крупноячеистой структурой (кривая III).

Таким образом, введением добавок в вспенивающийся полистрол, содержащий жидкие порообразователи, можно регулировать структуру экструдируемого материала, а следовательно, и его физике механические свойства.