Литье под давлением

Переработка полистирола

Получение полистирола

ПОЛИСТИРОЛ

Полистирол получают полимеризацией в блоке, в суспензии и эмульсии.

Полистирол поступает в литьевую машину в виде гранул. В со­став ПС можно вводить смазку, краситель, пластификатор и наполнитель. В качестве смазки чаще всего применяют стеараты кальция, магния и цинка, различные воска и др. Основное назначение ее — уменьшать трение между частицами полимера во время движения их в задней части литьевой машины, когда материал еще не расплавлен. В средней части цилиндра литьевой машины, где материал частично расплавлен, смазка смешивается с полимером, и текучесть массы повышается. Введение смазки позволяет изготовлять более крупные и сложные изделия и расширить ассортимент применяемых красителей, т. е. поль­зоваться теми из них, температура разложения которых ниже темпера­туры литья полистирола без смазки. Кроме того, смазка способствует лучшему отделению изделия от формы.

Краситель может быть введен в полистирол несколькими путями. При получении больших партий окрашенного материала краситель вво­дится в полимеризационную колонну (блочный способ) или в реактор (суспензионный способ). При изготовлении мелких партий окрашенного материала краситель вводится в шаровую мельницу, в смесительный бара­бан при вальцевании или в шнек-машину. Лучший метод окраски полистирола — шнековый. Процесс осу­ществляется непрерывно, и краситель равномернее распределяется в массе полимера. В загрузочную камеру шнек-машины поступают порошок поли­стирола и краситель, а из головки машины непрерывно выдавливается окрашенная масса в виде прутков, которые охлаждаются водой и рубятся ножом на гранулы. При такой работе не возникает пыли и удельный объем материала значительно меньше по сравнению с объемом порошка, полу­ченного измельчением вальцованной массы. Гранулы окрашенного поли­стирола благодаря своему одинаковому размеру равномерно прогре­ваются при дальнейшей переработке.

Для получения прозрачных и чистых изделий необходимо тщательно предохранять полистирол от загрязнений. Частицы полистирола легко приобретают статический электрический заряд в результате взаимного трения отдельных зерен при транспортировке, пересыпке и т. п. Заря­женные же частицы материала притягивают к себе носящиеся в воздухе пылинки.

Цикл литья для небольших изделий 30—60 сек, а выдержка в форме — несколько секунд. Форму охлаждают водой до 40—45° С.. При более высо­кой температуре изделия остывают медленнее . такой режим уменьшает производительность машин. Вместо медленного остывания изделий в форме, приводящего к уменьшению внутренних напряжений, их подвергают тер­мической обработке (отжигу). Термообработка может осуществляться в камере, снабженной лам­пами инфракрасных лучей, в сушилке с циркулирующим горячим возду­хом или в ванне с горячей водой. Оптимальные условия термообработки устанавливаются экспериментально, применительно к весу, форме и габа­ритам изделий.

Изделия из прозрачного и бесцветного полистирола можно окрасить, окуная их в спиртовые растворы красителей. Время выдержки изделий в растворе, подогретом до 50—60° С, составляет 3—5 мин, после чего их промывают теплой водой и сушат. Полистирол хорошо окрашивается и воспринимает разнообразные оттенки (до 5000).

Модифицированный полистирол

Некоторые недостатки полистирола, а именно его высокая хрупкость, низкая температура размягчения, плохая стойкость к углеводородам и растрескивание в условиях эксплуатации (появление волосяных тре­щин) весьма ограничивают его применение в технике. Для улучшения свойств полимера разработаны различные методы его модификации: 1) из­менение условий полимеризации . 2) введение волокнистого наполнителя . 3) совмещение с другими полимерами и сополимерами . 4) сополимеризация с другими мономерами .

Стеклонаполненный полистирол

Введение стекловолокна приводит к повышению механической проч­ности и теплостойкости полистирола. Стеклянное волокно (длина волокон до 10 мм) пропитывается водной дисперсией полистирола (размер частиц 1 мк). При нагревании пропитанного волокна вода удаляется, а полимер, плавясь, обволакивает волокно. Высушенный материал прессуется в та­блетки диаметром 3,2 мм и высотой 12,7 мм. Содержание стекловолокна может достигать 40% [386].

Стеклонаполненный полистирол применяется для изготовления проч­ных и жестких изделий с повышенной теплостойкостью и сопротивлением хладотекучести. Он отличается хорошей прочностью на разрыв и изгиб, небольшим относительным удлинением, высоким значением прочности на удар и отсутствием деструкции при повышенных температурах.

УДАРОПРОЧНЫЙ ПОЛИСТИРОЛ

Полистирол-каучуковые смеси употребляют там, где не может быть использован полистирол. Такие ма­териалы обладают увеличенным в 2—3 раза водопоглощением, несколько сниженной стабильностью размеров изделий, уменьшенными теплостой­костью и диэлектрическими свойствами. К тому же их труднее перераба­тывать в изделия. Ударопрочные полистиролы могут быть получены простым смешением полистирола с каучуками (материалы марок УПС) или сополимеров стирола и акрилонитрила с каучуками. Сме­шение компонентов обычно производится в смесителях Бенбери и экструзионных машинах. В число компонентов, кроме суспензионного поли­стирола и каучука, входят стабилизаторы, красители, пигменты и смазка. Процесс получения гомогенной массы в смесителе Бенбери проводится при 180—190° С в течение 10 мин, а зкструдирование — при 180—230° С.

После смешения гомогенная масса поступает в экструдер, из которого выходит в виде стренг, разрезаемых с помощью гранулятора на гранулы размером от 3 до 4 мм. Просеянные гранулы упаковываются в многослойные бумажные мешки.

Ударопрочные полистиролы перерабатываются методами экструзии, литья под давлением и вакуум-формования. Из этих материалов готовят детали холодильников, аккумуляторные баки, тарелки ректификацион­ных колонн, грампластинки, футляры, экраны, ящики, облицовочные материалы (панели для стен, потолков), трубы и т. п.

Ударопрочный полистирол, но с улучшенной стойкостью к маслам и растворителям, получают из смесей полистирол — акрилонитрилбутадиеновый каучук. Этот материал выпускается применяется для литья сложных изделий с металлической армату­рой, он не имеет склонности к растрескиванию, но уступает полистиролу по величине тангенса угла диэлектрических потерь. Материал обладает следующими основными свойствами:

Предел прочности при изгибе, кгс/см²…….. 700

Ударная вязкость, кгс • см/см²………… 18

Твердость по Бринелю, кгс/мм²……….. 10

Теплостойкость по Вика, °С………… 95

Водопоглощение, %……………. 0,02

Тангенс угла диэлектрических потерь:

при 10⁶гц………………. 0.019

Акрилонитрилбутадиеновый каучук имеет ограниченную совместимость с полистиролом и поэтому готовят смесь сополимеров полистирола стирола и акрилонитрила с акрилонитрилбутадиеновым каучуком (нитрильным каучуком).

Механические свойства определяются соотношением стирола и акри­лонитрила в сополимере, акрилонитрила и бутадиена в каучуке и их количествами в смеси. Сополимеры, содержащие 10—15% акрилонитрила, хорошо совмещаются с 10—25% акрилонитрилбутадиенового каучука. Если такой каучук выступает как пластификатор, то ударопрочный пла­стик имеет пониженную теплостойкость и удовлетворительную прочность на удар. Применение разветвленного каучука позволяет избежать его хорошего совмещения (растворения) с сополимером и добиться дисперс­ного распределения в сополимере. При этом достигается повышенная прочность на удар при хорошей теплостойкости. Разветвленный каучук может быть получен при добавлении перекиси в процессе перемешивания каучука в смесителе. Степень разветвленности каучука выражается коли­чеством в нем геля (нерастворимой части).

На основе сополимеров стирола с акрилонитрилом и акрилбнитрилбутадиенового каучука разработан ударопрочный полистирол нескольких марок, различающихся соотношением компонентов и, сле­довательно, физико-механическими свойствами (табл. 39). Выпускается он в виде гранул различной расцветки и перерабатывается в изделия литьем под давлением и экструзией.

Листы, полученные экструзией, методами вакуумного формования, пакетного прессования, выдувания, штамповки и склеивания, а также гранулы перерабатываются в разнообразные изделия технического и быто­вого назначения: детали холодильников (дверцы, полки, коробкр, кон­тейнеры), электро- и радиодетали (корпуса радиоприемников, телевизоров и телефонных аппаратов, мелкие детали), трубы, облицовочные плитки и листы, половые плитки, предметы санитарной техники (раковины умы­вальников, ванны, смывные бачки, унитазы), тара (ящики, контейнеры, коробки), игрушки и галантерейные товары.

Литье под давлением производится при удельном давлении на материал 1100—1500 кгс/см², температурах литья 180—210° С и формы 50—55° С. Экструзия листов, труб и стержней осуществляется при 170—180° С в головке машины.

Вакуумное формование листов, нагретых до 140—160° С, производится в течение 2—3 мин при остаточном давлении в форме 50—60 мм рт. ст. Выдувание и штампование изделий из листов происходит при давлении газа 2—3 от (выдувание) и удельном давлении 25—50 кгс/см² (штампова­ние) при 140-150° С.

Для склеивания изделий или листов из УПС пригоден 5—10%-ный раствор УПС в дихлорэтане.

Ударопрочный полистирол, получаемый методами прививки АБС-пластик. Процесс прививки может быть осуществлен двумя способами: блочной полимериза­цией стирола или смеси стирола с акрилонитрилом, совместно с растворен­ным в мономере стиролбутадиеновым или полибутадиеновым каучуком и эмульсионной полимеризацией стирола или смеси стирола с акрилони­трилом вместе с каучуковым латексом (полибутадиеновым, стиролбутадие­новым или акрилонитрилбутадиеновым).

В раствор каучука в стироле перед полимеризацией вводят стабилизатор, смазку и другие добавки. Блочную привитую сополимеризацию проводят как в присутствии инициатора, так и без него при ступенчатом повышении температуры. Время и температура полимеризации зависят от состава реакционной смеси и используемого оборудования.

Привитые сополимеры могут быть получены на основе каучуков марок СКН-18. СКН-26 и СКС-30. Сополимеры получаются при содержа­нии в исходной смеси не менее 25% каучука.

Механические показатели ударопрочного полистирола изменяются в зависимости от содержания эластомера. Привитые сополимеры, имеют прочность на удар, в 3—5 раз большую, чем полистирол, непрозрачны, легко перерабатываются в изделия и могут быть окрашены различными пигментами. Пигментация увеличивает стойкость изделий к солнечному свету. Один из материалов выпускается в виде листов непрерывным методом путем экструзии гранулированного сополимера. Гранулы размером 4×5 мм пневматически загружаются в бункер, где подвергаются сушке и нагреванию, а затем ссыпаются в загрузочную воронку экструзионной машины и при вращении шнека продвигаются по каналу к го­ловке машины. Под влиянием тепла полимер размягчается, гомогенизи­руется и выходит из головки экструдера через плоскую щель в виде листа. Поступая на глянцующее и охлаждающее устройство, лист затвердевает, после чего его подравнивают, разрезают на отдельные куски и складывают в пакеты. Из АБС-пластика возможно получение листов шири­ной до 1500 мм и толщиной 1,5—б мм. Этот материал с ПТР 2,5—4,0 г/10 мин экструдируется по следующему режиму:

Температура, °С

Зоны плавления………………………….. 170—190

Зоны дозирования …………………… 185—200

Формующей головки экстру­дера…. 190-205

АБС-пластик с большим индексом расплава перераба­тывается при температурах в цилиндре и в формующей головке на 15 — 20 град ниже.

Основное различие ударопрочных полистиролов, получаемых в результате смешения и прививки основных компонентов, заключается в их поведении при низкой температуре.

Ударопрочные полистиролы на основе смеси полимеров при снижении температуры теряют прочность на удар в большей степени, чем полу­ченные, методами прививки. Например, материал из смеси сополимера стирола и акрилонитрила с акрилонитрильным каучуком, имеющий удар­ную вязкость 15—40 кгс/см² при 20° С, снижает ее при —20° С до 1—2 кгс /см². В то же время материал, приготовленный путем прививки стирола и акрилонитрила к полибутадиеновому каучуку, не теряет проч­ности на удар даже при —30° С.