1352

о 20 'fO 60 во 60 w ~нпа

влагостойкюсть, прекрасные тепло- и звукоизоляционные каче­

ства [26].

К о м ф о р т н о с т ь к о в р о в. Оценка комфортности ков­

ров весыма субъективна, как и комфортность, например, авто­ мобильных сидений. По данным опроса фирмы «Ай-Си-Ай», ковры с подложкой из ППУ нравятся больше, чем с подложкой

из пенорезины.

Более менее объективную оценку параметра комфортности

проводят по кривой плавного нагружения (рис. 7.3). Более по­ логая кривая и меньшая глубина продавлюзания ковров с по­ лиуретановой подложкой свидетельствуют об их лучших экс­

плуатационных свойствах.

Э к о н о м и ч н о с т ь пр о ц е с с а. Стоимость дублирова­

ния ковров полиуретаном и латексной губкой трудно поддает­

ся сравнению из-за того, что аrссортимент их очень широк.

Например, при введении на'полнителя стоимость снижает-ся, но

ухудшаются свойства ковровой подложки; при снижении плот­

ности губки свойства таrкже ухудшаются; и то и другое огра­

ничивает сферу применения ковров.

Еще несколь·ко лет назад стоимость латекса была ниже

стоимости полиуретана, и преимущес11ва ковров с подложкой

из ППУ проявлялись толь.ко в свойствах. Сегодня эта разность

в стоимости почти исчезла, а низкие затраты на переработку

делают дублирование 1швров ППУ предпочтительнее и с эко­ номической точrки зрения. Достоинствами подложек из ППУ

являются низк;ие ка,питальные затраты, уменьшение площади

произведетвенных помещений (втрое), трудозатрат (пять ап­ паратчикоrв вместо восьми) и, наконец, весьма значительная экономия энергоресурсов. Еще одно экономическое преимуще­

Европе было выпущено около 430 млн. м2 ковров, однако толь­

ко небол~:>шая их часть имела губчатую подложку. Высокока­

чественные шерстяные ковры, конечно, не нуждаются в под­

ложке, но ворсистые и войлочные ковры должны иметь губча­

тую подложку для повышения формоустойчивости, стойкости к износу, улучшения внешнего вида и комфортности.

В Англии около 10% выпускаемых ворсистых ковров имеют

подложку из ППУ, тогда как в США доля ковров с та·кой под-

ложкой составляет лишь 30% от общего объема. В 1980 г.

в Западной Европе было выпущено 535 млн. м2 ковров (объем

их выпуска увеличивается ежегодно на 5-6%), из них с губ­

чатой подлож,кой 480 млн. м2 (т. е. 90%). Если теперь допу­ стить, что 10% этой величины ·составляют I<овры с подложкой

из ППУ, то для ·выпуска таких ковров потребуется 30 000 т сырья. Из этой элементарной оценки слЕ:дует, что темпы уве­

личения производства ковров из ППУ ограничены не сырьем.

аотсутствием специализированных установок для их изготов­

ления методом прямого напыления.

О г н е с т ой к о с т ь к о в ров ы х по д л о ж е к. В 1969 г. в Англии был разработан первый стандарт по определению го­ рючести ковров и ковровых изделий [27, 28], направленный на снижение опасности загорания. Позднее было обнаружено, что

для ковровых дорожек в коридорах общественных зданий тре­

бования должны быть повышены. Так, был введен наl!iиональ­

ный стандарт, в котором оценивается скорость распростране­

ния пла,мени в узких коридорах в зависимости от типа покры­

тия пола.

В 1973-1974 гг. Национальным бюро стандартов США бы­

ли проведены крупномасштабные испытания для оценки пожа­

роопа•сности различных подложек ковров. Для этих испытаний

были взяты ковры с пятью типами подложек: джутовые волок­

на, пенополиуретан, склеенная крошка ППJ', интегральный ла­ текс и бутадиен-стиральные латексные губки. При этом было установлено, что изоляционные свойства подложки обеспечива­

ют высокую горючесть ковров независимо от типа подложки

[29].Теперь необходимо разработать лабораторный метод

оценки возгораемости и скорости распространения пламени по

коврам; требования к такому методу уже опубликованы На­

циональным бюро стандартов [30].

ЛИТЕРАТУРА

1.German Patents 851, 100, 853, 438, 864,917, and others.

2.Polymer Composites of Wood and Agricultural Residues Europe, North Arnerica, Japan, 1973-1980, Pub. De Bell а. Richardson Inc.

3.Deppe Н. J. (1977). Federal Institute for Materials Testing, Berlin, Paper to Particle Board Symposium, Washington State University, 22 Mar.

4.Belgian Patent 839, 546. А. М. Woo1er to ICI Ltd.

5.ICI UK Patent 847, 127.

6.ICI US Patent 3, 830, 760.

7.Татига G. Т. Measurement of Air Leakage Characteristics of House Enclosures, Building Services Section, N. R. С., Ottawa, Canada.

8.Clegg W. R. (1976). ln: Plastics in Furniture, D. М. Buttrey (Ed.). Applied Science, London, р. 85.

9.Hill А. С. (1969). Bulletin, Institute of Body Engineers, Мау, 35.

10.Hill А. С. (1972). Engineering Materials and Design, Apr.

11.Modcrn Plastics International, 1972, 2(6), June, 14.

12.Jacobs К. (1977). J. Cell. Plast., 13(2), Mar./Apr., 133.

13.Modern Plastics International, 1976, 6(7), July, 8.

14.Норре Р. UK Patent 1, 191, 902 (1970), UK Patent 1, 233, 910 (1971).

194

15.Material Engineering, 1971, 3(5), 33.

16.Jsham А. В. (1977). Paper to the International Conference of Po1ymer Processing МIТ, 15-18 Aug.

17.Jsham А. В. (1976). Society of Automotive Engineers Congress, Detroit. 2327 Feb.

18.Modern Plastics Internationa\, 1977, 7 (9), Sept. 14.

19.Cotgreave Т., Shortall !. В. (1977). J. Mat. Sci., 12, 708.

20.Shortall !. В. ( 1976). Proc. 4th SPI Internationa1 Cel\u1ar Plastics Conference, Montrea1, Mar., 134.

21.Smith W., Wood !. F. W. UK Patent 847, 127 (16.1.58).

22.Marlin L., Durante А. !., Schwarz Е. (1975). J. Cel\. P1ast., 11, 6, Nov./Dec., 317.

23.Cravens Т. Е. (1976). Carpet and Rug Industry, Oct.

24.Plastics and Rubber Week\y, 1975, 7th Mar., 25; 1974, Oct., 859.

25.C\1em\efasern/Textii-Industrie, 1975, Jan., 48.

26.ВоЬе !., Hurd R., Woods О. (1976). Proc. 4th International SPI Conference. Montrea\, Nov., 290.

27.US Federal Register (34 FR 19812), 1969, 18 Dec.

28.Standard for the Surface F\ammabllity of Carpets and Rugs, US National Standard DOC FF 1-70, 1970.

29.SPI U. S. G. Bulletin U105, «The Eva\uation of the Fire Performance of Carpet Under\ayments».

30.Benjamin /. А., Adams Н. С. (1975). National Bureau of Standards Report, NBSIR 75-950, Dec.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1д. Кпор А., Scheib W. Chemistry and Application of Phenolic Resins. BerlinHeide\bergNew York, Springer, 1979.

2д. Ball О. W. е. а.- World Wood, 1979, v. 20, N~ 2, 18-25.

3д. Kavano К.- Adl1esion and Seal, 1980, v. 24, Ne 11, 552-563. 4д. Feldman D.- Polym. Eng. Sci., 1981, v. 21, Ne 1, 53-56.

5д. Wolkenbreit S. /. е. а.- P1ast: Design and Proc., 1981, Apri\, 60-63.

бд. Берлин А. А., Шутов Ф. А. Уnрочненные газанаполненные пластмассы. М.,

Химия, 1980.

7д. Laplaca !. Р. - J. Се\\. P1ast., 1980, v. 16, Ne 1, 36-46. 8д. Bбrger Н.- Kunststoffe, 1979, Bd. 69, Ne 12, 863-865.

9д. Кleimann Н., Kunststoffberater, 1979, Bd. 24, Ne 10, 568-571. !Од. Ferrari R. 1.-J. Се\\. P1ast., 1980, v. 16, Ne 6, 338-344.

11д. Mod. Plast. Int., 1979, v. 9, Ne 10, 11, 46, 47; 1980, v. 10, Ne 3, 19.

12д. Plastics World, 1979, v. 37, Ne 5, 95; Europ. P\ast. Ne\vs, 1980, v. 7, Nr 4, 29.

13д. Orйters Н., Нiemenz С/1.- Kunststoffe, 1980, Bd. 70, N~ 2, 102-107. 14д. Horacek Н., Volkert О.- Ange\v. makromol. Chem., 1980, Bd. 90, 109-

102.

15д. Storms С. D.- P1ast. Engng., 1980, v. 36, Ne 8, 36-39.

16д. Orlandi О.- Riv. colore. vernl. Ind., 1981, v. 11, Ne 154, 47-49. 17д. Orlandi О.- Poliplast. plast. rinforz., 1981, Ne 282, 70-72.

18д. Plastics Wor1d, 1981, v. 39, Ne 9, 64-66; Mod. Plast. Int., 1980, v. 10, Ne 8, 22-23.

19д. Misitano О.- Plast. Engng., 1979, v. 35, Ne 2, 27-31. 20д. l(unststoffberater, 1979, Bd. 24, Ne 9, 400.

21д. Kunststoffe, 1979, Bd. 69, Ne 7, 417; Ne 12, 914.

22д. Plastverarbeiter, 1980, Bd. 31, Ne 5, В-5; Ne 7, 425-427. 23д. Plastics World, 1980, v. 38, Ne 4, 70-71; Ne 5, 28.

24д. Mod. Plast. Int., 1980, v. 10, Ne 5, 18-20; 1981, v. 11, Ne 3, 57.

25д. Vichweger Н. е. а.- Soz. Rationa\, 1979, Bd. 8, N2 5, 119-122. 26д. Jaroszlyk Т. е. а,- Bezplezon., 1980, N2 10, 11-14.

27д. Wildfeuer Е.- Plaste und Kautsch., 1980, Bd. 27, ,N'g 5, 282-283.

28д. Павлова Г. В., Гребнев В. Л.- В кн.: Гигиенические аспекты охраны

окружающей среды в связи с интенсивным развитием основных отраслей народного хозяйства. М., 1980, 139-140.

Глапа 8

ОБОРУДОВАНИЕ

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОПОЛИУРЕТАНОВ

Дж. Блэквелл* и Р. Рубатто**

ВВЕДЕНИЕ

В отличие· от производства большинства типов полимерных материалов ППУ изготавливают, как правило, не на химиче­

ских заводах, а на предприятиях, выпускающих материалы и

изделия для отдельных отраслей промышленности: строитель­

ной, транспортной и т. д. Такая специфика изготовления ППУпроизводство сырья и изделий на основе этого сырья

на самих предприятиях-породила ряд проблем. Та·к, бурное

развитие технологии переработки и ра·сширение применсн:ия

ППУ потребовали увеличения точности дозирования, улучше­

ния качества смешения компонентов и бoJJee тщательного кон1роля за температурным режимом процесса переработки. Дру­

гая проблема связана с разработкой специальных устройств для

транспортирования и хранения готовых изделий.

Эти и другие инженерно-технологические проблемы изго­

товления ППУ специфичны для каждой отра·сли промышлен­

ности, однако все они имеют одну общую отличителыную осо­ бенность, характерную и•менно для ППУ: по сравнению со ·стои­ мостью исходного сырья стоимость перерабатыБающего обору­

дования очень низка [lд-Зд].

· В настоящей главе рассмотрены последние достижения в

разработке оборудования для производства блочного эла•стич­

ного ППУ, сэндвич-конструкций с внутренним слоем жесткого

ППУ, а также формованных автомобильных сидений. Специ­

альный раздел посвящен машинам и оснастке, применяемым в

технологии реакционно-инжекционного формования (метод

РИФ). .

*J. В. Black\\•el\, фирма «Полимекс», Стокпорт, Великобритания.

**R. Rubatto, проектно·конструкторское бюро Маццукко-Рубатто, Турин,

Ита.1ия.

196

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БЛОЧНОГО ЭЛАСТИЧНОГО ПЕНОПОЛИУРЕТАНА

В 1960-х годах развитие оборудования для производства

блочного ППУ шло по пути повышения производительности

смесительных головок и увеличения размера и числа установок.

Машины, предназначенные для переработки композиций на

основе сложных полиэфиров, переделывали с учетом требова­

ний производства ППУ на основе простых полиэфиров снача­

ла по предполимерной, а затемпо одностадийной техноло­

гии (см. выше, гл. 3). Использование простых полиэфиров

устранило :многие трудности, связанные с переработкой высо­

ковязких систем, но потребовалось создание более производи­ тельных смесительно-дозирующих агрегатов, способных пере­ рабатывать многокомпонентные системы. И уже в 1965 г. были

выпущены такие машины производительностью 250 кг/мин. Ти­

пичная «одностадийная» рецептура ППУ на основе простого

полиэфира с ука·занием ра·схода каждого компонента приве­

дена ниже:

К этому же времени относится переход на машины низкого дав­

ления для изготовления эластичных ППУ на основе простых полиэфиров.

Необходимость сокращения отходов, образующих·ся от об­

резки технологической корки пеноблоков, обусловила не толь­ ко дальнейшее возра·стание производительности установок для

изготовления блочного ППУ, но и увеличение размеров самих

блОI<Ов (чем больше абсолютный размер блока, тем меньшую

долю от его маосы или обЪема составляют обрезки кромок).

Так, в начале 70-х годов был:и сконструированы установки про­

изводительностью до 500 кг/'мин, рассчитанные на выпуск бло­ ков шириной 2 м и высотой 1,2 м при кажущейся плотности пенапласта 16-30 кг/м3 (с увеличением плотности ППУ высо­ та бло·ка уменьшается). Некоторые установки оборудованы комбинированным заливочным узлом, позволяющим работать

врежимах и низкого, и высокого давления соответственно для

переработки композиций на основе сложных и простых поли­ эфиров (рис. 8.1). Ра·ссмотрим подробнее основные конструк­ тивные особенности таких установок.

197

УЗЕЛ ДОЗИРОВАНИЯ

Для повышения скорости подачи полнолов были использо­

ваны высокопроизводительные шестеренчатые на·сосы, а для nодачи ТДИнасосные агрегаты. Увеличение числа насосов,

конечно, усложнило механическую часть дозирующей системы.

Позднее для увеличения надежно{:ТИ дозирующей системы на

машинах как высокого, так и низкого давления для подач!·!

ТДИ стали применять один гидравлический аксиально-плуР.­

жерный на.сос. На данных установках можно использовать и

другие типы на·сосов, но они не обеспечивают необходимую

точность дози.рования при работе в переменнам режиме про­

тиводавления, особенно для низковязких композиций [4д, 5д].

Повышение производительности установок и необходимость

варьирования скорости подачи ком·понентов обусловили исполь­

зование в смесительно-дозирующих установках гидравлических

или электронноуправляемых приводов с изменяемой скоростью вращения, имеющих электромагнитные муфты, работающие на

вихревых тока·х. Примерами таких устройств могут служить приводы «Тасю> [ 1], скон·струированные с учетом возможности

дистанционного управления.

СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА

Для увеличения пропусжной способности смесительной го­ ловки необходимо увеличить объем смесительной ка•меры и

'мощность привода мешалки. Во избежание избыточных нагру­

зок, действующих на траверсу, на которой крепится смеситель­ ная головка, предпочтение было отдано головке с гидравличе­

-ским приводом, существенно снижающей ма•с-су траверсы. Так, двигатель постоянного тока мощностью 36,8 кВт с изменяемой частотой вращения при·вода весит 500 кг, а гидрав.rшческий

двигательвсего 22,5 кг. Важную роль играет также скорость потока реакционной смеси, выходящего из смесительной голов­ ки: при слишком высокой скорости композиция может выплес­ киваться на бумажные боковые стенки транспортера, а еслн

выпускной патрубок наклонен в направлении движения тран-

. -спортера, образующийся пенопла•ст может п:мсть полос11и и

ра·ковины на нижней поверхности блока. Д.ТJя снижения ско­ рости потока компонентов и обеспечения равномерного, без

разбрызгивания распределения вспенивающейся композиции на 'Тран•спортере были сконструированы специальные двухсекцион­

ные выпус.кные патрубки, в которых первая секция представля­

-ет собой трубку Вентури, а вторая имеет сотообразную струк­ 'Туру. Применение подобных выпускных патрубков позволяет

'Та.кже намного уменьшить скорость движения транспортера, в

результате чего увеличивается высота пенаблока [6д, 7д].

Для приведения в движение траверсы предлагались раз­

.личные механизмы, в том чи-сле пневматический и гидравличе-

199

ский, но выбран был электро•магнитный привод, позволяющий

ком,пенсировать перепа~ды скорости движения ·траверсы в кон­

ТРАНСПОРТЕР

Транспортер, на который заливается композ·ищrя эластич­ ного ППУ, обычно имеет небольшой наклон (2-5 °С). Кинети­

ка процессов воепенивания и отверждения обусловливает при­

менение двух последовательно соединенных транспортеров оп­

ределенной длинытранспортера с боковыми стенками (для вспенивания) и транспортера без боковых ·стенок (для транс­

портирования полосы сформировавшегося пенапласта до узла резки, где пенапласт нарезают на блоки, •которые затем пода­ ют на склад готовой продукции).

Конструrщия транспортеров, так же как и других элемен­

тов оборудов-ания для получения блочного ППУ, из:-Jенялась с

увеличением производительности установок. Повышение произ­

водительности смесительно-заливочных агрегатов позволило

увеличить высоту блоков, что повлекло за собой увеличение длины и высоты боковых стенок транспортера, а также ускоре­

ние темпа ра·боты. В последние годы ленточные транспортеры

заменяют пластинчатыми, с тем чтобы избежать с:-Jинания ·бу­ мажной подложки вследствие «·сбегания» ленты. Кроме того.

металлические пластины легче ·чистить.

С учетом эти•х требований и тенденций была ра·зработана установка мощностью 500 кг/мин с дву:-Jя транспортерами дли­

ной соответственно 26 и 14 м (длина транспортеров обусловле­

на пара•метрами ·вспенивания и отверждения ПП~'). Платфор­

ма с пультом у;пра·вления в таких установках раз·:-Jещалась на

высоте 3,8 м над уровнем пола рабочего помещения. На совре­

менных высокопроизводительных у;становках испоJiьзуют дви~

гатели с приводам дистанционного управления с бесступенча­ то изменяющейся частотой вращения.

ТРУБЫ И ШЛАНГИ

В процессе вспенивания полиуретана существенную роль иг­ рает воздух, ·который может, например, нарушить режим по­ дачи компонентов. Именно поэто-му на установках получения эластичного ППУ при·меняют обычно насосы объемного дозиро­ вания. Кроме того, пузырьки воздуха служат центрами пена­

образования (нуклезиа•там.и) и, таким образом, влияют на чис­

ло и размер ячеек пенопласта. При использовании :-Jашин низ­

кого давления некоторое количество воздуха всегда попадает в смесительную головку, та·к что, изменяя количество впускае­ мого воздуха и одновременно частоту вращения мешалки, мож-

200

но регулировать параметры ячеистой структурыготового пена­

пласта. При использовании машин высокого давления ячеистую

структуру пенопла,ста регулируют, изменяя величину протИ'во­

давления в выпускном отверстии смесительной голов-ки. В ре­

зультате возникающего перепада давления в ·системе выделя­

е"Гся воздух, растворенный в исходных компонентах (главным

образом в ТДИ). Та~шм образом, 1шличество воздуха, пода­

ющегося в смесительную голов·ку вместе с компоцентами.

должно быть отрегулировано с ·высокой точностью.

При проектировании линий подачи компонентов особое

внимание следует обращать на длину и диаметр труб, систе.му их соединения, для исключения образования воздушных кар­

манов) и на то, ·чтобы шланги, питающие на·сосы, быю: как

можно короче. В случае низковязких ком•позиций, когда на.сос

обладает повышенной чувствительностью к перепа.дам проти­

водавления, резкое повышение противодавления приводит к на­

рушению режима дозирования и, ·следовательно, I< дефектам в. пенопласте. Причиной неправильного дозирования может ока­

заться и кавитация в на·сосе, вызванная ·применением слишком длинных питающих шлангов.

КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

Если при получении блочного ППУ раостояние от смеси­

тельной головк·и до уча,стка, на котором начинается пенообра­

зование, остается неизменным, это означает, что установка ра­

ботает с постоянной производительностью и качество получае­

мых блоков одинаково. Независимо от химического состава ре­

акционной смеси на постоянство работы таю1х установок влия­

ют следующие факторы: точность регулирования температуры

всех реагентов, особенно пол-иала и ТДИ; правильиость и точ­

ность дозирования; постоянство скорости движения транспор­ тера и траверсы; воз~tожность регулирования температуры на

всем рабочем участке от точю1 залив-ки до участка полного·

подъема пены; постоянство скорости смешения компонен­

тов [9д].

Современные высокопроизводительные установки должны

обеспечивать не только постоянство параметров, но, и наобо­

рот, возможность изменения производительности, рецептуры и:

окраски пены без остановки производства, поскольку каждая

останов-I<а и повторный пуск связаны с потерями и исход.ного

сырья, и готового продукта. Из-за неизбежных ошибок опера­

тора при переключении потоков компонентов вручную происхо­

дят потери сырья, остановки производства, увеличивается его·

пожароопасность, что приводит к прямым убыткам. Издержки,

связанные с указанными факторами, делают изготовление:

ППУ на установках производительностью 500 кг/мин нерента­

белыным. Все это обусловило необходимость применения си-

201

1

202