Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 3.3. Экспериментальная установка для исследования термодеструкции пенополистирола
погружение образца с заданной скоростью в ковш 1 с металлом, который перекрывается крышкой 3 с отверстием по центру для прохода гильзы. Перед проведением эксперимента отверстие в крышке перекрывается заслонкой 19. Образец из пенополистирола диаметром 50 мм и высотой 50 мм с отверстием диаметром 10 мм помещается в гильзу на высоте 50 мм от ее нижней кромки. Внутренняя и наружная поверхности гильзы покрывались (толщина слоя 0,1-0,2 мм) противопригарной негазотворной краской, которая после нанесения на гильзу прокаливалась при температуре 300-350 °С в течение 2 ч. Парообразные продукты пиролиза улавливались в ловушке 15. По изменению давления в емкости 17 определялись объем и кинетика выделения газов, которое фиксировалось тензометрическими датчиками ТД-1 и ТД-2. Начало и конец погружения образца в металл фиксировались электрическими
104
105
контактами. Для учета влияния гильзы на давление в емкости 17 проводился эксперимент без пенополистирола. Объем выделяющихся газов определялся по формуле
v = 600 Р°сц ,
273 +г
где Росп — давление, фиксируемое осциллографом; / — температура газа в емкости.
Масса парообразных продуктов пиролиза определялась по разности массы фильтра в ловушке до и после эксперимента. Количество твердых продуктов определялось по разности массы образца и суммарной массы газа и конденсата. Количественный и качественный анализ производился на хромотографе ХЛ-2, анализ конденсата — на хромотографе «Цвет-2». Результаты исследования пенополистирола марок ПСВ-Л и ПСБ-А плотностью 25 кг/м3 при температуре металла 700, 1300 и 1550 °С при скорости погружения образца 1 и 2,5 см/с представлены в табл. 3.2 и 3.3. Из табл. 3.3 следует, что глубина пиролиза зависит от температуры, с повышением которой увеличивается выход газообразных продуктов и коксового остатка, что качественно согласуется с результатами, приведенными в табл. 3.1. Наличие кислорода в пенополистироле, как адсорбированного, так и свободного в порах пенопласта, приводит к окислительной термодеструкции полистирола с образованием СО. Реакцию окисления полистирола можно представить следующим образом:
ОН I
V I
~СН2—С—СН2--~СН2— С— СН2~ (А)
QH5 С6Н5
Так как энергия связи О—Н составляет около 104 ккал/моль, а О—О — 45 ккал/моль, то при нагреве полистирола происходит разрыв связи О—О с образованием радикала ЮН. Энергия связи С—О составляет 75-79 ккал/моль, а энергия связи третичного углерода ослаблена бензольной группой и составляет около
106
60 ккал/моль, поэтому при нагревании происходит разрыв данной связи с образованием активного радикала »С6Н5. При разрыве связи С—С6Н5 образуется двойная связь-С=0 , энергия которой
составляет 175-191 ккал/моль, в то время как энергия связи между С—С в главной цепи полистирола равна 85,7 ккал/моль, вследствие чего происходит разрыв углерод-углеродных связей с образованием молекулы СО и двух полимерных радикалов:
иС8Н8 -> х С 8Н8+(и -х)С 8Н8 (В)
или радикала и полимолекулы:
лС8Н8 -> хС8Н8 + (и - х) С 8Н8 (ВО
Но радикалы, образованные под действием окислительной термодеструкции по реакции (В), будут подвергаться дальнейшей окислительной деструкции по реакции (А), что приведет к уменьшению количества мономера в полимерной цепи полистирола до его полной деполимеризации.
Таблица 3.2
Состав газообразных продуктов термодеструкции пенополистирола в зависимости от температуры и скорости заливки металла
Состав ПСВ-Л ПСБ-А
газа 700 °С 1300°с 1550°С 700 °С 1300 °С 1550°С
н2 25,9 23,1 54,3 52,2 68,5 60,0 22,6 20,6 53,3 50,1 57,5 55,4
СО 20,4 29,3 9,7 11,5 8,5 17,0 26,2 30,0 7,95 15,1 21,3 29,6
СН4 27,9 19,7 12,4 13,0 9,76 8,7 13,1 15,7 13,0 14,7 8,53 8,24
СгН4 17,7 16,7 9,23 8,1 3,37 3,7 23,5 14,6 7,35 10,2 2,1 2,14
с2н6 1,56 5,3 8,61 8,59 5,3 7,0 2,74 5,68 12,5 4,81 4,68 2,1
107
Окончание табл. 3.2
Состав ПСВ-Л ПСБ-А
газа 700 °С 1300 °С 1550°С 700 °С 1300 °С 1550 °С
С2Н2 0,25 0,27 0,4 0,4 0,3 0,4 0,3 0,33 0,16 0,33 0,29 0,1
С3Н6 — 0,83 0,99 0,76 0,5 0,3 1,0 0,21 0,73 0,74 0,4
СзН8 — 0,12 0,11 0,43 0,12 — 0,03 0,28 0,06 0,06
/-С5Н12 6,31 6,6 4,63 5,15 3,27 2,4 11,3 12,6 5,54 3,65 4,5 1,91
Примечание. Верхняя строка -— результаты анализа при скорости подъема металла в форме 2,5 см/с, нижняя строка — 1,0 см/с.
Таблица 3.3
Состав продуктов термодеструкции при у = 25 кг/м3, вес. %
Продукты термодеструкции ПСВ-Л ПСБ-А
700 °С 1300°С 1550°С 700 °С 1300°С 1550°С
Парообразные продукты термодеструкции
СбН6 13,0 13,15 2,35 2,25 0,11 0,12 13,05 13,50 2,18 2,00 0,16 0,08
С7Н8 4,35 4,35 1,60 1,15 0,09 0,03 4,35 4,50 0,72 1,35 0,08 0,04
с8н8 69,40 70,10 11,85 11,25 0,20 0,25 69,70 71,90 11,70 10,05 0,56 0,28
Итого: 86,75 87,60 15,80 15,00 0,40 0,40 87,10 89,90 14,60 13,40 0,80 0,40
Газообразные продукты термодеструкции
Н2 0,28 0,22 0,75 0,72 2,56 2,11 0,25 0,15 0,75 0,95 1,43 1,90
СО 2,94 3,74 1,89 2,24 4,34 9,43 4,19 3,36 1,56 3,89 7,20 14,35
— 4,67 3,06 7,25 3,91 — 3,94 1,18 10,22 3,56
