Тел/факс 8(473) 224-44-94, +7 915 541 44 21
394040 г.Воронеж ул. Латненская 15в, пн-пт с 9-00 до 18-00

эл.почта: 1305877@mail.ru

 
 
Навигация

ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ФЕНОЛО-ФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Феноло-формальдегидные полимеры являются одними из наиболее распространенных, дешевых и широко применяемых в строительстве. Пенопласты на их основе отличаются повышенной тепло- и огнестойкостью.
Первые сообщения о получении пенопластов на основе феноло-формальдегидных полимеров относятся к 1926 г. Дальнейшие исследования показали возможность получения пенопластов на основе феноло-формальдегидных полимеров методом отверждения вспененных водных растворов продуктов частичной поликонденсации фенола и формальдегида с применением кислых отвердителей или методом вспенивания расплавленного полимера с одновременным переводом его при повышенной температуре в стадию неплавкого и нерастворимого продукта. В этом случае для вспенивания могут быть применены твердые газообразователи (карбонат и бикарбонат аммония, азотистые соединения и т. д.), низкокипящие жидкости (вода, метанол, ацетон) или газы (азот, двуокись углерода, аммиак). Пена образуется вследствие уменьшения давления в форме или выдавливания через сопло насыщенного газом продукта окончательной поликонденсации. В 1936 г. в СССР был разработан способ спекания смеси сухого резольного порошка со слюдой, волокнами асбеста или другими наполнителями. После термообработки при 100—160°С получался материал с большим содержанием воздушных пор (95%) и удовлетворительной механической прочностью.
Для повышения механической прочности пенопластов на основе феноло-формальдегидного полимера А. А. Берлиным и др. в 1945 г. был предложен способ комбинирования полимера и газообразователей с органическими волокнистыми веществами (сульфатоцеллюлозой, льняным волокном и т. п.). По этому способу волокнистый наполнитель замешивают с водорастворимым феноло-формальдегидным резолом, в котором взвешен водонерастворимый газообразователь. Полимер осаждают на волокне коагуляцией его раствором сернокислого алюминия или другого электролита. Волокнистую массу с осажденной на волокнах смеси полимера и газообразователя подвергают литью или формованию с последующей сушкой материала при 60°С. Высушенные плиты или изделия нагревают до 120— 150°С; при этом газообразователь разлагается с выделением газов и образуются ячейки и поры. Из органических волокон, 20— 100% полимера и 10—30% газообразователя можно получить пенопласты с прочностью на сжатие 10 - 150 кг/см2 и объемным весом 0.2 - 0,3 гр/см3. Максимальное водопоглощение такого материала за 24 ч. составляет10—15%. Эти авторы описали также способ получения пористой пластмассы, основанный на пропитке волокон спирторастворимыми полимерами, в которых растворены газообразователи.
В настоящее время пенопласты на основе феноло-формальдегидных полимеров получают различными методами без применения повышенного давления: механическим вспениванием водных дисперсий, вспениванием частично отвержденных полимерных композиций с применением соответствующих отвердителей и стабилизаторов и вспениванием жидких полимерных композиций при помощи легкокипящих жидкостей или газов, выделяющихся при разложении газообразователя или химического взаимодействия компонентов композиции. Они могут быть получены на основе как термопластичных (новолачных), так и термореактивных (резольных) феноло-формальдегидных полимеров.
В СССР промышленное применение для изготовления пенопластов на основе феноло-формальдегидных полимеров получили в основном два метода: вспенивание размягченной полимерной композиции на основе феноло-формальдегидного полимера газами, выделяющимися при разложении газообразователей, с последующим отверждением во вспененном состоянии при помощи нагревания в присутствии отвердителей (беспрессовый метод) и вспенивание жидкой полимерной композиции на основе резольных феноло-формальдегидных полимеров газами, выделяющимися  при взаимодействии компонентов, или парами легкокипящих жидкостей с последующим отверждением при помощи отвердителей во вспененном состоянии (заливочный метод).

БЕСПРЕССОВЫЙ МЕТОД

Беспрессовым методом пенопласты получают из новолачных полимеров. Эти полимеры имеют линейные или разветвленные молекулы различной длины. Отверждаться они могут лишь в присутствии уротропина, с которым взаимодействуют, образуя пространственный полимер. При введении в композицию более 1,1% уротропина в полимере образуется пространственная сетка, и отвержденный полимер теряет способность к вязкому течению. По мере увеличения количества уротропина температура стеклования сдвигается в сторону более высоких температур, одновременно возрастает модуль высокоэластической деформации. При добавке более 10% уротропина высокоэластическая деформация не проявляется. Содержание уротропина свыше 15% ухудшает водостойкость полимера. При нагревании с уротропином взаимодействует не только полимер, но и частично свободный фенол.

Сырье.
В состав композиции для получения пенопластов на основе новолачных феноло-формальдегидных полимеров входят кроме полимера отвердитель - уротропин, газообразователь — порофор ЧХЗ-57, а также каучук, сера и наполнители (стекловолокно, алюминиевая пудра и др.).
Для получения пенопластов применяют новолачный феноло-формальдегидный форполимер № 18, получаемый конденсацией фенола и формальдегида в присутствии соляно- или щавелевокислого катализатора. Это твердый хрупкий продукт, от светлого до темно-коричневого цвета, с удельным весом 1,2—1,25 г/см3 хорошо растворяющийся в спирте и ацетоне.
В качестве отвердителя применяют уротропин (гексаметилентетрамин) (CH2)6N4 (ГОСТ 1381—60) — белый кристаллический порошок с влажностью не более 0,5%.
Для снижения хрупкости пенопластов применяют акрилнитрильный каучук марки СКН-40 (ГОСТ 7738—55). Для его вулканизации используют серу.

Технология получения.
Беспрессовый метод получения пенопластов на основе феноло-формальдегидных полимеров состоит из следующих основных операций: смешение компонентов и приготовление композиции, загрузка композиции в форму, ее вспенивание и отверждение. На основе этих полимеров изготовляют следующие виды пенопластов: ФФ — без каких-либо добавок; ФК— при сочетании новолачного полимера с акрилнитрильным каучуком; ФС — при введении стекловолокна.
При введении в композицию ФК-20 алюминиевой пудры ПАК-1 или ПАК 3, получается пенопласт «ФК 20 А 20» При  замене части новолачного феноло-формальдегидного полимера твердым фурфуролацетоновым полимером ФА-15 в композиции ФС-7 получается пенопласт ФС-7-2. Кроме стекловолокна в пенопласт ФС-7-2 в качестве наполнителя может быть введен вспученный перлитовый песок.
Композиции на осмосе новолачного феноло-формальдегидного полимера в процессе вспенивания и отверждения обладают способностью склеиваться с различными материалами. Поэтому при получении штучных изделий (плит, скорлуп и т. д.) для предотвращения прилипания вспенивающегося материала к стенкам формы их рекомендуется смазывать специальными смазочными материалами (например, ЦИАТИМ-221). Вместо смазки можно применять внутреннюю обкладку формы бумагой, тканью, целлофаном и другими материалами. При вспенивании пенопласт не только склеивается с этими облицовочными материалами, но и частично их пропитывает.
При вспенивании композиций в изделиях (например, при изготовлении трехслойных панелей и плит покрытий), наоборот, необходимо стремиться к тому, чтобы поверхность облицовочных материалов была шероховатой. При использовании материалов с гладкой поверхностью (алюминий) рекомендуется обезжиривать поверхность и наносить клеевой адгезионный слой (БФ-2и др.).
При вспенивании выделяется значительное количество газообразных продуктов. Поэтому конструкции форм или изделий должны предусматривать специальные газовыводящие (дренажные) отверстия диаметром 1—2 мм. Кроме того, при вспенивании композиции развивается значительное давление (до 3—5 кгс/см2). Это также необходимо предусматривать при конструировании форм.
Полуфабрикаты дозируют в зависимости от требуемого объемного веса готового пенопласта.
Навеска полуфабриката должна быть равномерно распределена в форме, так как композиции при нагревании обладают незначительной текучестью. Закрытые формы устанавливают в кассеты, которые препятствуют их короблению и частично воспринимают давление, развивающееся при вспенивании. Композиции вспениваются и отверждаются при нагревании форм в камере термообработки.
Под влиянием нагрева композиция претерпевает сложные физико-химические превращения. Первый этап (при 80—90°С) (переход в вязко-текучее состояние)  сопровождается некоторым уменьшением общего объема, незначительным или существенным (в зависимости от вида полуфабриката). Конец этого этапа соответствует началу разложения газообразователя.
Наиболее интенсивно его разложение в температурном интервале 90—110°С. Этот интервал характеризуется вспениванием размягченной массы и заполнением ею заданного объема.
Во время следующего этапа при термообработке — повышение температуры до 150—200°С для придания по¬лученному пеноматериалу стабильных химических и физико-механических свойств и выдержка при этой температуре — отверждается полимер и вулканизируется каучук. Время выдержки зависит от толщины слоя, количественного содержания отверждающих и вулканизирующих добавок, условий и вида термообработки.

Свойства и области применения.
В зависимости от содержания газообразователя пенопласты марок ФФ, ФК и ФС могут выпускаться объемным весом от 100 до 500 кг/м3. Свойства пенопластов зависят от их структуры и объемного веса и изменяются в зависимости от температуры эксплуатации. Упругие и упруго-эластические свойства зависят от содержания каучука в композиции.
Пенопласт марки ФФ выпускается в виде плит (450X260X45 мм) объемным весом 190—230 кг/м3. Возможно регулирование объемного веса пенопласта в пределах 150—550 кг/м3. В стационарных условиях при отсутствии непосредственного контакта с воздухом (в качестве заполнителя слоистых конструкций и пр.) пенопласт может длительно эксплуатироваться при температуре порядка 200—250°С. В контакте с воздухом предельной температурой следует считать 150°С. Теплостойкость пенопласта ФФ можно увеличить, вводя в его состав минеральные порошкообразные наполнители. От температуры эксплуатации зависят физико-механические показатели пенопласта. Пенопласт ФФ достаточно морозостоек (коэффициент морозостойкост после 25 циклов — 0,75—0,8) и огнестоек. На пенопласте могут развиваться грибки (пория и каниофора), но потери веса и значительного снижения прочностных показателей не наблюдаются. Пенопласт обладает низким коэффициентом звукопоглощения (0,15—0,28) при различных частотах (от 100 до 1250 гц). Применяется пенопласт ФФ как теплоизоляционный материал, способный работать длительное время при температуре 100—150°С, в качестве силового и теплоизоляционного заполнителя слоистых конструкций (панелей, плит покрытия и т.д.). Плиты пенопласта поддаются обработке и склеиваются между собой, с металлами и другими материалами.

Пенопласт марки ФС-7 выпускается в виде плит объемным весом 100—120 кг/м3, которые легко обрабатываются и склеиваются. Его недостатком является малая механическая прочность и хрупкость. Применяется в качестве теплоизоляционного материала, работающего при температурах от —55 до 100°С.

Пенопласт марки ФК-20 выпускается в виде плит объемным весом 190—230 кг/м3 или полуфабриката, вальцованного или шприцованного, который можно вспенивать и отверждать непосредственно в строительных конструкциях при 130—150°С. Плиты поддаются обработке и склеиванию между собой, с металлами и с другими материалами. Свойства пенопласта ФК-20 зависят от температуры эксплуатации. Предельная рабочая температура воздуха 120—130°С. При более высоких температурах наблюдается значительная усадка. При отсутствии непосредственного контакта с воздухом может длительно эксплуатироваться при 150°С и кратковременно (3—5 ч) при 200°С. Для повышения теплостойкости и состав ФК-20 вводят минеральные наполнители. Пенопласт ФК-20 может быть получен с небольшим объемным весом 50-100 кг/м3. Для этого применяют полимер с вязкостью не более 100 спз и вводят в композицию 5—7% порофора ЧХЗ-57. При отрицательных температурах у пенопласта ФК-20 снижаются показатели удельной ударной вязкости и повышается предел прочности при сжатии, т. е. растет хрупкость материала: при —60°С удельная ударная вязкость снижается примерно в 2 раза, предел прочности при сжатии увеличивается в 1,5 раза по сравнению с показателями при 20°С.
Недостатком пенопласта ФК-20 является его горючесть, а также сложность технологии, которая обусловливает его дороговизну. Он применяется в качестве силового заполнителя слоистых конструкций, работающих при повышенных температурах, и для производства изделий теплоизоляционного назначения (плиты, скорлупы и т.д.).
Пенопласт марки ФК-20-А-20 отличается от ФК-20 более высокой теплоемкостью. Он сохраняет свои геометрические размеры и прочностные свойства при длительном нагревании до 200°С на воздухе. При отсутствии непосредственного контакта с воздухом пенопласт может кратковременно эксплуатироваться при 300—350°С. 

Пенопласт ФК.-20-А-20 выпускается в виде вальцованного или шприцованного полуфабриката, из которого можно получать плиты или изделия объемным весом 150—550 кг/м3. Эти полуфабрикаты можно вспенивать непосредственно в конструкциях.
При пониженных температурах пенопласт ФК-20-А-20 имеет повышенные прочностные показатели: при -60°С предел прочности при сжатии у пенопласта объемным весом 200 кг/м3 составляет 40 кгс/см2.
Пенопласт ФК-20-А-20 рекомендуется применять в качестве силового теплоизоляционного заполнителя конструкций, работающих при повышенных температурах, и для изготовления штучных изделий (в виде плит, скор¬луп и т. д.) теплоизоляционного назначения.
Пенопласт ФК-40 отличается от ФК-20 высокими упругими свойствами: вдвое большей удельной ударной вязкостью, на 10—12% большим удлинением, меньшим пределом прочности при растяжении и сжатии. Наличие в его составе большого количества нитрильного каучука сужает температурный интервал его эксплуатации: при температуре —10°С он становится хрупким, а при нагревании выше +80°С его упругие характеристики становятся нестабильными. В замкнутых конструкциях при
отсутствии непосредственного контакта с воздухом он сохраняет показатели и размеры до 120—130°С.

Пенопласт ФК-40 выпускают в виде вальцованного и шприцованного полуфабриката, которые можно вспенивать непосредственно в конструкциях, или в виде плит и изделии объемным весом 150—550 кг/м3. Относительное удлинение его возрастает по сравнению с ФК-20 до 12% (при объемном весе 200 кг/м3).
Пенопласт ФК-40 может применяться в качестве силового, демпфирующего и теплоизоляционного материалов, работающих длительное время при температурах до 80—100°С на воздухе и при 120—130°С (кратковременно) при отсутствии непосредственного контакта с воздухом.

ЗАЛИВОЧНЫЙ МЕТОД

Заливочный метод получения пенопластов на основе феноло-формальдегидных полимеров выгодно отличается от беспрессового метода технологичностью процесса получения, сравнительной дешевизной, доступностью исходных компонентов и наличием развитой промышленной базы. Этим методом получают несколько марок пенопластов ФРП, которые разработаны Владимирским институтом синтетических смол (НИИСС).
Сырье. Для получения пенопластов используют резольные феноло-формальдегидные форполимеры: ФРВ-1 (СТУ 14-07-8565), ФРВ-2 и ФРВ-1 А (ВТУ ВНИИСС 37-64), «резоцел» (ТУ В-129-68), промышленное производство которых освоено Владимирским химическим заводом.
Форполимер ФРВ-1 - гомогенная жидкость от вишневого до темно-коричневого цвета, со слабым запахом фенола и формальдегида, полидисперсная смесь первичных продуктов конденсации фенола с формальдегидом в присутствии едкого натра в качестве катализатора.
Технологический процесс получения и заливки пенопласта может быть периодическим и непрерывным, с использованием специальных машин.
Рабочее соотношение форполимера и продукта ВАГ выбирают исходя из рецептуры и данных контрольного технологического вспенивания.
Пенопласт вспенивается и отверждается в форме или в изделии без подвода тепла извне.
Для непрерывной заливки пенопласта применяют машину УЗФП-1, состоящую из двух емкостей (для форполимера и продукта ВАГ), двух насосов и смесительной головки, соединяемой с машиной при помощи двух шлангов, по которым подается форполимер и ВАГ в необходимом соотношении. Производительность машины 6 м3/ч. Машину обслуживают аппаратчик и слесарь средней квалификации.
Количество продукта ВАГ и форполимера определяют расчетом в соответствии с установленной рецептурой и данными контрольного технологического вспенивания
Емкости машины перед началом работы заполняют соответственно форполимером ФРВ и продуктом ВАГ. По заранее рассчитанному графику устанавливают производительность обоих насосов таким образом, чтобы они обеспечивали подачу форполимера и ВАГ в заданном соотношении.

Техника безопасности. Производство пенопластов на основе резольных феноло-формальдегидных полимеров не относится к категории пожароопасных. Но при заливке выделяются газы, которые могут содержать в своем составе фенол, формальдегид, пары кислот и т. д. Поэтому для обеспечения требований промышленной санитарии необходимо предусматривать на участке заливки приточно-вытяжную вентиляцию. Для предотвращения попадания композиции или ее составных частей на кожу к работам по приготовлению компонентов и различным работам допускаются рабочие, обеспеченные соответствующей спецодеждой и средствами защиты.

Свойства и области применения.
Пенопласты марки ФРП представляют собой жесткие газонаполненные материалы розового цвета. Основные показатели пенопластов ФРП-1 (ВТУ ВНИИСС 50-65), полученного вспениванием тазами, выделяющимися при реакции алюминиевой пудры и продукта ВАГ, и ФРП-2, полученного вспениванием за счет испарения легкокипящих жидкостей.
Пенопласт ФРП 1 можно получить с минимальным объемным весом 20 кг/м3.
Теплофизические свойства пенопластов марки ФРП зависят от его объемного веса и структуры материала.

Водопоглощение пенопласта ФРП зависит от его объемного веса. При объемном весе до 40 кг/м3 примерно 20% пор заполняются водой, в то время как при объемном весе более 40 кг/м3 всего 8%. Пенопласт ФРП по горючести относится к группе трудновоспламеняемых материалов, так как ею показатель горючести К по методу калориметрии находится в пределах 0,5—1,05 (для объемного веса ~ 140 кг/м3).
При вспенивании пенопласт ФРП обладает достаточно хорошей адгезией к стеклопластику, древесностружечным плитам и несколько худшей к асбестоцементу).
Исследованы санитарно-гигиенические характеристики пенопласта ФРП. При насыщении 2,7 м2/мг содержание в воздухе формальдегида превышает предельно допустимые концентрации для производственных помещений, а содержание фенола—для атмосферного воздуха. При насыщенности 0,6 м2/м3 формальдегид и фенол в воздухе не обнаруживаются.
Пенопласты марки ФРП применяются в качестве теплоизолирующего материала при изготовлении трехслойных стеновых панелей и плит покрытий, тепловой изоляции трубопроводов, работающих длительное время в диапазоне температур от —50 до +100°С; для заполнения различных конструкций; в качестве звукоизоляционного материала и т. д. Стоимость 1 м3 пенопласта ФРП при объемном весе 50 кг/м3 примерно на 50% ниже стоимости мипоры и на 30% ниже стоимости 1 м3 изоляции из минераловатных плит.

 
 

8(473) 224-44-94, 394040 г.Воронеж ул.Латненская 15в.
©  2007-2017, ООО "Паровые машины". Все права защищены.

Создано в студии
"Алекс"