Феноло-формальдегидные полимеры. ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ФЕНОЛО-ФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

  

Вся электронная библиотека >>>

 Теплоизоляция  >>>

 

 

ПОЛИМЕРНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Раздел: Строительство. Теплоизоляция

 

Глава VI ПЕНОПЛАСТЫ НА ОСНОВЕ ФЕНОЛО-ФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

  

Феноло-формальдегидные полимеры являются одними из наиболее распространенных, дешевых и широко применяемых в строительстве. Пенопласты иа их основе отличаются повышенной тепло- и огнестойкостью.

Первые сообщения о получении пенопластов на основе феноло-формальдегидных полимеров относятся к 1926 г. [118]. Дальнейшие 'исследования показали возможность получения пенопластов на основе феноло-формальдегидных полимеров методом отверждения вспененных водных растворов продуктов частичной поликонденсации фенола н 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, азосоединения и т. д.), низкокипящис 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 [82, 249, 250, 255].

В 1936 г. в СССР был разработан способ спекания смеси сухого резольного порошка со слюдой, волокнами асбеста или другими наполнителями [81]. 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. Бер- линым и др. в 1945 г. был предложен способ комбинирования полимера и газообразователей с органическими волокнистыми веществами (сульфатцеллюлозой, льняным волокном н т. п.) [6, 83]. По этому способу волокнистый наполнитель замешивают с водорастворимым феиоло-формальдегидным резолом, в котором взвешен водонерастворимый газообразователь. Полимер осаждают па волокне коагуляцией его раствором сернокислого алюминия пли другого электролита. Волокнистую массу с осажденной на волокнах смесыо полимера и газообразователя почвергают 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 па сжатие 10 - 150 луг/г.и2 п обычным несом 0.2 0,3 «*/гл3. Максималь пое водопоглощение такого материала за 24 ч составляет 10—15%- Эти авторы описали также способ получения пористой пластмассы, основанный на пропитке волокон спнрторастворпмыми полимерами, в которых растворены газообразователи [85].

В настоящее время пенопласты на основе феиоло- формальдегидпых полимеров получают различными методами без применения повышенного давления: механическим вспениванием водных дисперсий, вспениванием частично отверждениых полимерных композиции 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) фено- ло-формальдегидиых полимеров.

 

БЕСПРЕССОВЫЙ МЕТОД

 

Эти полимеры имеют линейные или разветвленные молекулы различной длины. Огверждаться 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 фонол.

Сырье. В состав композиции для получения пенопластов на основе новолачных феноло-формальдегпдных 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 торполимер № 18, получаемый конденсацией фенола и формальдегида в присутствии соляно- или щавелевокислого катализатора. Это твердый хрупкий продукт, от светлого до темно-корнчпевого цвета, с удельным весом 1,2—1,25 г/смъ, хорошо растворяющийся в спирте и ацетоне. Он должен соответствовать требованиям ТУ МХП М-1-53:

В качестве отвердителя применяют уротропин (гекса- метилентетрамин) (CH2)6N4 (ГОСТ 1381—60) — белый кристаллический порошок с влажностью не более 0,5%.

Для снижения хрупкости пенопластов применяют ак- рилнитрильный 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 ( 54) [10, 42].

Для пенопласта марки ФФ порошкообразная смесь полимера, уротропина и порофора ЧХЗ-57 является полуфабрикатом, который поступает непосредственно на вспенивание.

Для получения композиции пенопластов типа ФК в предварительно пластифицированный на вальцах каучук вводят подготовленную в шаровой мельнице смесь порошкообразных компонентов (полимера, уротропина, газообразователя и серы) небольшими порциями в течение 8—10 мин.

Общее время вальцевания навески — 20—25 мин. Вальцы при этом охлаждают водой, чтобы не допускать перегрена массы выше СО 70°С, так как иначе может начаться разложение газообразователя, а также иара- стать вязкость полимера от реакции с отвердителем. После вальцевания масса специальными ножами режется на полосы и охлаждается в течение 10—15 мин до 12—15°С. При этом масса становится хрупко?! п может легко измельчаться в дробилках.

Различают три вида полуфабрикатов, из которых получают пенопласты: пленочный (вальцованный), порошкообразный и шнуровой (шприцованный).

Насыпной вес полуфабрикатов зависит от степени измельчения, от формы и размеров частиц. Полуфабрикат пленочный выпускают в виде пленок толщиной 2—4 мм, свернутых в рулоны. Этот полуфабрикат целесообразно применять при заполнении несложных изделий сечением более 15 мм чля получения объемного веса в пределах 300—-100 кг/м3. Полуфабрикат порошкообразный получают дроблением пленок в дробилках или шаровых мельницах с последующим просеиванием через сито № 8 и 9. Это тонкодисперсный порошок с насыпным весом 450—500 кг/м3. Неудобство пользования порошкообразной композицией заключается в том, что насыпной вес ее во многом зависящий от дисперсности порошка, велик и при получении изделия малого объемного веса полуфабрикат занимает '/з или '/г часть заполняемого объема. При последующей термообработке он оплавляется и объем его еще уменьшается.

Полуфабрикат шнуровой (шприцованный) изготовляют на шнек-машинах в виде сплошного или пустотелого шнура различного диаметра, который разрезают на цилиндрики необходимой высоты или дробят в крошку .в зависимости от того, какой объемный вес пенопласта нужно получить. Этот полуфабрикат наиболее удобен, так как позволяет подобрать нужный насыпной вес измельченного полуфабриката для полного заполнения полости изделия. Характеристика шнурового полуфабриката приведена в 53 [2].

Шнуровой полуфабрикат целесообразно применять для изготовления изделий из пенопластов ФК-20 объемным весом 100—250 кг/м3, а из пенопластов ФК-40 — объемным весом 150—350 кг/м3.

Полуфабрикаты вальцованные и шприцованные выпускаются согласно СТУ 9-463-62 «Пенопласт термореак- тивный марок ФК-20, ФК-40 и ФК-20-А-20 (полуфабрикат вальцованный и шприцованный)».

Все полуфабрикаты должны храниться в помещении с нормальной влажностью воздуха при температуре не выше 25°С. Полуфабрикаты порошкообразные должны храниться в герметически закрытых емкостях.

Композиции на основе новолачпого феноло-формаль- дегпдпого 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 и\ рекомендуется смазывать специальными смазочными материалами (например, ЦИАТИМ-221) или кре.чнипоргл- иическими жидкостями типа ГКЖ. Вместо смазки можно применять внутреннюю обкладку формы бумагой, тканью, целлофаном и другими материалами. Прн 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 плпт 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 прн конструировании форм.

Навеска полуфабриката должна быть равномерно распределена в форме, так как композиции при нагре- .вании 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 полученному пеноматериалу стабильных химических и физико-механических свойств и выдержка при этой температуре — отверждается полимер и вулканизируется каучук. Время выдержки зависит о г толщины слоя, количественного содержания отверждающих и вулканизирующих добавок, условий и вида термообработки ( 54) [34].

С повышением температуры отверждения физико-механические свойства пенопластов марки ФФ ухудшаются. У пенопластов марки ФК, наоборот, при повышении температуры отверждения до 2(Ю°С эти показатели повышаются. Это объясняется тем, что увеличивается глубина отверждения композиции. Более высокая температура ведет к деструкции полимера, что снижает прочностные показатели Поэтому пенопласты марки ФК целесообразно отверждать при 200°С, если это возможно

После охлаждения форм из них вынимают изделия, сортирую! их п огво игг на oh л а л готовой продукции.

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. Теплоегойкость пенопласта ФФ можно увеличить, вводя в его состав минеральные порошкообразные наполнители. От температуры эксплуатации зависят физико-механические показатели пенопласта ( 56). Пенопласт ФФ достаточпо морозостоек (коэффициент морозостойкости после 25 циклов — 0,75—0,8) и огнестоек. Па 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) (см.  9). 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 п 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. Приме-няется 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 прн 130—150°С. Плиты поддаются обработке и склеиванию между собой, с металлами и с другими материалами. Свойства пенопласта ФК-20 зависят от температуры эксплуатации ( 57). Предельная рабочая температура воздуха 120—130°С. При более высоких температурах наблюдается значительная усадка ( 58). При отсутствии непосредственного контакта с полдухом может длительно n<cii.ri\а тироваться при 150°С и кратковременно (3—5 ч) при 200°С. Для повышения теплостойкости и состав ФК-20 вводят минеральные наполнители. Ileiion.iiarr ФК-20 может быть получен с небольшим объемным несом 50 100 кг/м3. Для этого

применяют полимер с вязкостью не более 100 сиз и вводят в композицию 5—7% порофора ЧХЗ-57. Основные физико-механические показатели ФК-20 приведены в  56.

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 р£за 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 н 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 ( 57).

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, скорлуп 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.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  ПОЛИМЕРНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

 

Смотрите также:

 

Феноло-альдегидные полимеры. Реакция между фенолами и альдегидами

В период 1905—1914 гг. в США (Л. Бэкелен-дом) и в России (Г. С. Петровым) было осуществлено промышленное производство феноло-формальдегидных полимеров.

 

Амино-формальдегидные полимеры. мочевино...

...феноло-формальдегид-пых полимеров, так как амнно-формальдегидные полимеры изготовляют из более доступного сырья, по уступают им по ряду свойств — водо- и...

 

Термореактивные полимеры фенолоальдегидные, карбамидные...

Фенолоформальдегидные полимеры ~ наиболее распространенные полимеры этого класса. Их получают поликонденсацией фенола с формальдегидом.

 

...высокомолекулярные вещества. Полимеры феноло-альдегидные...

...производство синтетических твердых полимеров па основе феноло-альдегидпой конденсации.
главнейшее сырье для получения различных формальдегидных полимеров, достаточно...

 

Пенопласты на основе фенолоформальдегидных смол...

Пенопласты на основе фенолоформальдегидных смол. Фенолоформальдегидные смолы — наиболее распространенные и дешевые полимеры.

 

...плиточные изделия на основе фенолоформальдегидного полимера

Технология полимеров, получаемых поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией. Феноло-альдегидные полимеры. Амино-формальдегидные полимеры.

 

ПОЛИМЕРЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ - реактопласты, термопласты

Название полимерного материала или изделия отражает название полимера.
Феноло-альдегидные полимеры. Амино-формальдегидные полимеры.

 

СМОЛЫ ПОЛИМЕРНЫЕ - виды полимеризационных полимерных смол

модификацией природных полимеров (целлюлозы, животных белков и др.), в стр-ве применяются в малых
Полимерные смолы феноло-формальдегидные, получаемые...