ОАО «Лианозовский электромеханический завод», г.Москва

Одной из актуальных проблем человечества третьего тысячелетия является рациональное использование природных ресурсов, внедрение ресурсосберегающих технологий и материалов, сохранение и рациональное использование лесного массива.

Разработка процесса декорирования пластмасс под дерево соответствует этим направлениям.

Технологический процесс изготовления изделий методом литья под давлением с поверхностью, имитирующей ценные породы дерева, состоит из ряда технологических операций. Процесс декорирования полимерного материала базируется на его подвспенивании. Уникальные свойства пенопластов, большое разнообразие способов их переработки обусловили быстрый рост их производства во всех промышленно развитых странах.

Кроме известных и выпускаемых в значительных масштабах пеноматериалов на основе полиуретана, полистирола, поливинилхлорида, большое значение в последние годы приобрели пенопласты на базе полиолефинов, фенольных, карбамидных, эпоксидных смол и др.

Стремление уменьшить материалоемкость при изготовлении различных изделий из монолитных полимерных материалов, а также дефицит ценных пород древесины способствовали развитию научно-исследовательских работ и разработке технологии получения частично вспененных материалов и изделий.

Пенопласты, группирующиеся под таким названием, производят разными методами и из разных полимерных материалов. Основное сходство их заключается в том, что все они представляют собой пенопласты, имеющие ячеистую сердцевину и монолитную корку на поверхности, плотность которой приблизительно такая же, как и у основного монолитного материала.

Незначительное изменение физико-механических свойств частично вспененных материалов по сравнению с монолитными позволяет особенно эффективно использовать их для крупногабаритных изделий со значительной толщиной стенки.

Наличие ячеистой структуры в ряде случаев, наряду с уменьшением стоимости, позволяет значительно улучшить качество изделий.

Производство частично вспененных материалов получило во всем мире довольно широкое развитие.

В основе получения пенопластов лежат как физические, так и химические методы вспенивания. В зависимости от состава полимерной композиции и методов вспенивания можно получить пенопласт с большим интервалом кажущейся плотности и, следовательно, с широким диапазоном свойств. При химическом методе вспенивания в качестве порофоров могут применяться неорганические и органические соединения. Однако из большого числа порофоров для вспенивания термопластов подходящими являются только некоторые из них.

Наиболее распространенным является азодикарбонамид, известный под торговым названием «Дженитрон» АС (Англия, США), «Целоген АЦ» (Германия) или «Порофор ЧХЗ-21» (Россия). Азодикарбонамид обладает высоким газовым числом, нетоксичностью, инертностью продуктов распада, относительно низкой стоимостью. Кроме того, легко удается регулировать температурный интервал разложения азодикарбонамида путем применения специальных добавок ускорителей (так называемых активаторов разложения), что определяет универсальность этого газообразователя. Наиболее подходящими активаторами разложения являются окись и стеарат цинка. Было установлено, что смесь окиси цинка со стеаратом цинка обладает синергическим эффектом и позволяет снизить температуру разложения азодикарбонамида от 200-210°С до 160-170°С. Тепловой эффект разложения порофора составляет 375±20 кал/г, а энергия активации равна 50–60 ккал/моль. Применение указанных активаторов разложения дает возможность снизить энергию активации разложения до 25–30 ккал/моль.

Большое значение для получения вспененных термопластов, особенно для литья под давлением и экструзии, имеет способ приготовления композиции, содержащей газообразователь. Известны различные способы приготовления пенообразующих композиций на основе термопластичных полимеров.

Одним из способов приготовления пенообразующих композиций является опудривание в смесителе гранул полимера тонкодисперсным порошком газообразователя. Для лучшей адгезии порофора к гранулам термопласта в композицию добавляется небольшое количество смачивателя (трансформаторного масла или жидкого пластификатора).

Другой способ основан на применении пленкообразователя для удержания порофора на поверхности гранул полимера. В качестве пленкообразователей могут служить растворы низкомолекулярного полиэтилена, полиизобутилена, полистирола и др. По этому способу в смеситель закрытого типа загружают гранулы полимера, раствор пленкообразователя и порофор. После перевешивания композицию выгружают на противни и сушат до полного удаления растворителя.

Следующий способ заключается в перемешивании порошкообразного полимера с порофором и последующим таблетированием смеси.

Перечисленные способы, несмотря на их простоту, имеют существенные недостатки, главным из которых является невозможность длительного хранения и транспортировки композиции из-за способности порофора поглощать влагу.

Способ, лишённый указанного недостатка, основан на введении порофора в полимер, находящийся в вязкотекучем состоянии, с последующим гранулированием композиции.

Процесс декорирования ударопрочного полистирола под ценные породы дерева, под полированное и лакированное дерево, разработка атмосферостойкого, декорированного под дерево полистирола, процесс изучения, поиска, исследования и внедрения – это большая, трудоемкая работа. Проведены исследования по разработке широкой гаммы по цвету, оттенкам, внешнему виду путем физико-химического модифицирования полимерных композиций, включая использование вторичных возвратных отходов ударопрочного полистирола. В результате проведенных исследований разработано более 20 рецептур композиционных материалов, исследованы их свойства, проведены технологические и эксплуатационные испытания, разработана технология изготовления изделий методом литья под давлением таким образом, чтобы максимально имитировать текстуру дерева.

Процесс декорирования ударопрочного полистирола происходит в определенной последовательности. На технических весах взвешивается ударопрочный полистирол, порообразователь. Затем основной полимер (УППС) загружают в смеситель барабанного типа, добавляют пластификатор и предварительно перемешивают в течение 15-20 мин. После перемешивания в смеситель засыпают порофор и продолжают перемешивание в течение одного часа. Краситель или суперконцентрат красителя добавляют в количестве, установленном экспериментально, в зависимости от цвета исходных материалов. Для получения оптимальной цветовой гаммы, имитирующей ценные породы дерева, можно использовать цветовую гамму полистиролов светлого тона (слоновой кости и др.) и коричневого УППС.

Литье под давлением подвспененных композиций осуществляют на термопластавтоматах со шнековой пластификацией.

Важными условиями, влияющими на технологический процесс переработки, являются температура в материальном цилиндре, количество и время впрыска, температура пресс-формы, давление впрыска. Температура расплава до впрыска в форму должна быть достаточно высокой для полного разложения вспенивающего агента (диазодикарбонамида).