В России Черпореченское ПО «Корунд» выпускает газообразователи (порофоры) этого класса ЧХЗ-21 и ЧХЗ-21В (ТУ 6-03-408-76). Они представляют собой азодикарбонамид - трудногорючий нетоксичный порошок ярко-желтого цвета, различаются температурой разложения. Так, ЧХЗ-21 начинается разлагаться при температуре 198°С (максимальное газовыделение - при температуре 214°С), а ЧХЗ-21 В начинает разлагаться при температуре 202°С (максимальное газовыделение при температуре 221°С). Они разлагаются на азот, окись углерода и циануровую кислоту. Газообразователи, содержащие чистый азодикарбонамид, имеют существенные недостатки: неприятно пахнут, окрашивают пластмассы в желтоватый цвет, вызывают значительную коррозию пресс-форм, обусловленную образованием продуктов реакции материала (стали) пресс-формы и циануровой кислоты, возникающей при разложении азодикарбонамида. Поэтому, как правило, применяют модифицированные газообразователи на основе азодикарбонамида.
За рубежом (в Германии, Италии, Франции и др.) выпускают различные пасты и маточные смеси на основе азодикарбонамида. В России НПО «Полимер-синтез» разработал рецептуру концентратов для получения вспененных изделий литьем под давлением экструзией. Эти концентраты содержат так же как газообразователь ЧХЗ-21, добавки (эфиры фосфорной или фосфористой кислоты, перекись цинка, двуокись кремния и др.), устраняющие коррозийное действие продуктов разложения газообразователя.
Сначала при изготовлении вспененных пластмасс для вспенивания применяли полистирол. В настоящее время только небольшое количество термопластичных материалов не перерабатывается во вспененные пласт-
массы. Наибольшее промышленное применение находят полистирол. АБС - пластик, полиэтилен, полипропилен, полиамид, термопластичные полиэфиры и поликарбонат. Используются, как правило, литьевые марки термопластов с высоким индексом расплава.
Литьевая композиция содержит так же, как термопласт и газообразо-ватель, активаторы разложения, вещества, регулирующие равномерность и величину ячеек, пигменты.
В качестве активаторов разложения порофора для композиций, содержащих различные термопласты, применяют различные соединения. Так, в полиэтилен низкой плотности добавляют окись и стеарат цинка, при этом температура начала разложения порофора снижается со 190 до 160°С. добавка в композицию, содержащею АБС-пластик, бикарбоната натрия и лимонной кислоты приводит к увеличению объема выделяющихся газообразных продуктов и активизации прироста числа зародышей порообразования. Введение небольших количеств эмульгаторов стабилизирует ячейки пенопласта, а небольших количеств смазок дибутилфталата, диоктилфталата, вазелинового масла и др. облегчает процесс образования пор.
Состав композиции для получения изделий из вспененных термопластов подбирают, исходя не только из основного компонента - полимера, но и с учетом конфигурации изделия и требований, предъявляемых к ним в процессе эксплуатации.
Обычно композиции готовят путем механического смешивания сухих компонентов (гранулированного полимера с порошком газообразователя и другими добавками). Для обеспечения налипания порошка газообразователя на гранулы полимера добавляют смазки, которые предотвращают также выделение пыли при перемешивании композиции.
При изготовлении деталей мебели с монолитной гонкой оболочкой и
ячеистой сердцевиной с кажущейся плотностью, составляющей примерно
60.. ,.70% плотности монолитного термопласта, концентрация порофора в
композиции составляет 0,75... 3%.
Изготовление деталей и изделий мебели из вспененных термопластов производят методом литья под давлением, реже экструзией. Технологический процесс включает четыре операции: пластификацию и дозирование, вспрыскивание, вспенивание в пресс-форме и охлаждение.
Пластификация, как при переработке монолитных термопластов, осуществляется в термопластовтоматах с червячной пластификацией. В зависимости от вида используемого газообразователя она проводится в диапазоне температур 150.. .230°С., несмотря на наличие газообразователя, при запертом игольчатом растворе сопла вследствие возникающего напора вспенивания не происходит. Давление впрыска подается после полной пластификации материала при запертом сопле. Благодаря этому расплав, находящийся перед червяком сжимается. При открытии гидравлического игольчатого затвора сопла расплав быстро (в течение 1с) впрыскивается в
пресс-форму. При этом получаются изделия с низкой кажущейся плотностью и хорошим качеством поверхности.
В процессе впрыскивания композиции пресс-форма заполняется примерно на 70...80% своего объема. Окончательное заполнение формы осуществляется за счет вспенивания, поэтому удельные давления, применяемые для литья, ниже, чем при изготовлении монолитных материалов.
Отвод тепла, содержащегося во вспененной пластмассе, производится путем охлаждения пресс-формы. Изделие извлекается тогда, когда его внешний слой затвердевает до такой степени, при которой давление газообразователя, содержащегося в среднем слое, не может привести к деформации.
Детали из вспененных композиций охлаждаются медленнее, чем из монолитного материала. Время, необходимое для упрочнения поверхностного слоя, тем больше, чем больше содержание газообразователя, так как при этом выше внутреннее давление. Требуемое время охлаждения зависит также от вида применяемого термопласта, формы изделия, толщины его стенок, интенсивности охлаждения пресс-формы.
Изделия со стенками большой толщиной (больше 12 мм) можно не до конца охлаждать в формах. Для повышения производительности оборудования их извлекают, когда прочность поверхностного слоя может противостоять внутреннему давлению и охлаждают окунанием в ванну с холодной водой.
Литьевые машины, применяемые для производства изделий из вспененных термопластов, имеют следующие особенности: специальный узел впрыска, обеспечивающий высокую скорость впрыска (4...6 тыс. куб.см/с); облегченную оснастку, так как не требуются большие усилия запирания пресс-форм (не более 10 МПа); игольчатый затвор самозапирающегося сопла, предотвращающий вытекание и предварительное вспенивание композиции; устройство для облегчения быстрого охлаждения пресс-форм; увеличенное отношение длины червяка к диаметру, так как необходима зона предпластификации и сжатия, предупреждающих вспенивание композиции до впрыска ее в форму.
Специальные литьевые машины для изготовления изделий из вспененных термопластов производят рядом зарубежных фирм: «Баттен-фильд». «Сигмаг», «Краус Маффат» (Германия), «Триульци» (Италия), ICI (Великобритания) и др.
Выпускаются высокопроизводительные машины для одно- и многокомпонентного литья под давлением. Машины для однокомпонентного литья производятся в двух модификациях: для литья под низким давлением и для литья пол высоким давлением. Наиболее широко применяются машины для литья под низким давлением, на которых можно получать крупногабаритные изделия. На рисунке 1 , 6, в, г, д. представлены изделия из вспененного полистирола, изготовленные на машинах «Структомат ST» фирмы «Баттенфельд».
Особые требования предъявляются к конструкции литниковой системы пресс-форм. При переработке вспенивающихся композиций необходима высокая скорость впрыска расплава, поэтому необходимы короткие литниковые каналы увеличенного диаметра (не менее 3 мм). Для формирования изделий небольших размеров рекомендуется располагать литниковый канал в центре изделия, при формировании более крупных изделий применяется горячеканальная система из нескольких литников в зависимости от габарита изделия. При этом сечение центрального и разводящих каналов должно быть одинаковым, что обеспечивает максимальную однородность изделия по плотности.
Высокая скорость впрыска может быть обеспечена при эффективном удалении (вентилировании) воздуха из пресс-формы, поэтому должны быть предусмотрены вентиляционные каналы, через которые из пресс-формы за время впрыска удаляется не менее 60.. .80% содержащегося в ней воздуха.
Пресс-формы целесообразно изготовлять из алюминия или его сплавов, обладающих высокой по сравнению со сталью теплопроводностью. Это обеспечивает наиболее быстрое охлаждение пресс-формы и таким образом повышение производительности оборудования, так как формируемые изделия из вспененных термопластов по сравнению с изделиями из монолитных материалов имеют большую толщин и меньшую теплопроводность. Кроме того, продукты разложения порофора способны коррозировать сталь, поэтому стальные формы необходимо хромировать, а алюминий и его сплавы хорошо противостоят коррозии.
Длительность цикла при формировании вспененных термопластов выше, чем при переработке монолитных материалов, примерно в 1,5....2 раза, что обусловлено в основном увеличением времени охлаждения пресс-формы и зависит от вида применяемого термопласта, количества вводимого порофора и толщины стенки изделия.
При литье вспененных термопластов червяк должен оставаться в переднем положении до тех пор, пока не образуется монолитная оболочка изделия, в противном случае за счет внутреннего давления газа, образующегося при разложении порофора, может происходить вспучивание при преждевременном отводе шнека.
Сравнительные физико-механические и теплофизические свойства некоторых термопластов и полученных на их основе вспененных материалов приведены в табл.2.
Вспененные термопласты перерабатывают методами литья и экструзии с применением специального оборудования и оснастки.
На стандартных литьевых машинах можно получать изделия из вспененных термопластов с кажущейся плотностью 0,7. ...0,8 г/ куб. см при
условии, что толщина стенок изделия будет не менее 3...4 мм, отношение пути течения расплава к толщине стенок не более 40 и конфигурация изделия не слишком сложная.