Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
30
с соседними атомами углерода. Кроме того, два атома углерода попарно образуют в бензольном кольце три ст-связи. Расстояние между атомами углерода в бензольном кольце составляет 1,397 А с энергией связи 116,4 ккал/моль. Длина связи между углеродом и водородом в бензольном кольце равна 1,084 А с энергией связи 100,7 ккал/моль. Энергия тг-связи в бензольном кольце около 50 ккал/моль. Расстояние между атомами углерода в главной цепи составляет 1,516 А с энергией связи 83,8 ккал/моль, а между углеродом и водородом в главной цепи расстояние 1,07-1,06 А с энергией связи 96,7-99,4 ккал/моль. Полистирол может быть выражен химической формулой (СвНз)*, где х — количество мономера в полимерной цепи. Теоретически полистирол содержит 92 масс. % углерода и 8 масс. % водорода, однако фактически в его составе присутствуют сера, азот, кислород. Химический анализ полистирола марки Экспорит показал, что он содержит, масс. %: 90,49 С; 8,0 Н2; 0,18 N и 1,2 02. Полистирол при нормальной температуре представляет собой твердое аморфное стекловидное тело, которое при 80 °С переходит в эластичное состояние и начинает плавиться при 239 °С. Теплота плавления полистирола АНП = 2000 ккал/моль, а энтропия А8П = 3,9 ккал/(моль • град.).
Рис. 2.1. Изменение агрегатного состояния полистирола в зависимости от температуры
31
На рис. 2.1 представлена деформация полистирола в зависимости от температуры, согласно которой полистирол до температуры 81 °С находится в стеклообразном твердом состоянии, в интервале температур 81-239 °С — в высокоэластическом состоянии, а при температуре выше 239 °С полистирол переходит в вязкотекучее жидкое состояние. При температуре выше 300-320 °С начинается необратимая деполимеризация полистирола, и при температуре выше 575 °С он горит на воздухе сильно коптящим пламенем [6, 12]. При производстве газифицируемых моделей применяется двухстадий-ная тепловая переработка суспензионного вспенивающегося полистирола. На первой стадии гранулы полистирола определенной фракции подвергаются тепловой обработке при температурах 97-105 °С. Для вспенивания 1 кг полистирола требуется расходовать 0,3-0,5 кг пара. При этих температурах полистирол переходит в высокоэластическое состояние, а порообразователь — в газообразное, создавая давление в замкнутых ячейках гранул полистирола, под действием которого гранулы расширяются, увеличиваясь в объеме в 30-50 раз; насыпная масса гранул полистирола при этом снижается с 640 до 18-25 кг/м3. При последующем охлаждении полистирол переходит в твердое стеклообразное состояние, фиксируя при этом конечное состояние гранул. При дальнейшем снижении температуры ниже температуры кипения порообразователя последний конденсируется в порах вспененных гранул полистирола. Получение технологически необходимой объемной массы пенополистирола зависит от качества исходного материала, температуры, вида, расхода теплоносителя и времени тепловой обработки. При температуре теплоносителя выше 105 °С процесс вспенивания гранул полистирола ускоряется, но появляется опасность выхода паров порообразователя из гранул полистирола и их усадки. При нормальных режимах вспенивания теряется 1,0-2,0 % исходного порообразователя. При длительной выдержке гранул в теплоносителе при 97-105 °С происходит потеря пентана, что приводит к усадке гранул (рис. 2.2). Перевспененные гранулы теряют свою активность и непригодны к дальнейшей переработке в модели.
32
d = 2,5 мм
95 °С
60 120 180 240
Время, с
Рис. 2.2. Зависимость объема вспененных гранул от температуры
При нормальных условиях гранулы пенополистирола состоят из трех фаз: твердой — полистирол, жидкой — порообразователь и вода и газообразной — пары порообразователя и воздух. В идеальном случае поры гранул разделены между собой перегородками, толщина и прочность которых зависят от сил поверхностного натяжения, вязкости и механической прочности полистирола. Диаметр микроячеек при нормальном вспенивании полистирола составляет 40-150 мкм при средней толщине стенок 5-10 мкм (рис. 2.3). Наряду с закрытыми ячейками присутствуют и открытые (около 5 %). Так, при объемной массе пенополистирола марки ПСБ-А 20 кг/м3 процентное соотношение между открытыми, закрытыми ячейками и стенками из полистирола составляет 95,8 : 2,8 : 1,4. Для пенополистирола марки Фриголит это соотношение составляет 95,8 : 3,1 : 1,2 [5].
На второй стадии вспененные гранулы полистирола помещаются в пресс-форму, при нагревании которой в интервале температур 110-120 °С происходит вторичное расширение гранул под действием паров порообразователя и их спекание с образованием единой ячеистой однородной массы, состояние которой фиксируется охлаждением пресс-формы до температуры ниже 80 °С.
33
Рис. 2.3. Ячеистая структура вспененного полистирола
На качество модели из вспененного полистирола существенное влияние оказывают содержание мономера, количество порообра-зователя в гранулах, относительная вязкость полистирола, насыпная масса гранул и их размер [5,6, 13].
Мономер-стирол содержится в полистироле в результате неполной полимеризации стирола, и его содержание в конечном продукте определяется химическим путем. Остаточный стирол влияет на режим вспенивания гранул и формирование модели при спекании пенополистирола в пресс-форме. Он обладает пластифицирующими свойствами, но при содержании более 0,5 % вызывает слипание гранул на стадии предварительного вспенивания, и поэтому необходимо снижать его содержание до 0,1-0,3 %.
