Исследование структуры композиционного материала из отходов полиуретанов

Студ. Бровко Ю.В., студ. Лебедев А.Н., ст. преп. Матвеев К.С.

Пеноматериалы, так называемой интегральной структуры, находят широкое применение в промышленности. Благодаря тому, что внутренний слой вспенен, а наружный – уплотнен материалы имеют повышенную износостойкость и высокую механическую прочность.

Наиболее широкое применение из всех пеноматериалов получили полиуретаны, которые являются синтетическими полимерами, содержащими в молекуле группы -NHC(O)O-. Полиуретаны образуются при взаимодействии ди- или полиизоцианатов с двух- или трехатомными спиртами.

Различные по структуре слои интегрального полиуретана получают в процессе «жидкого формования», при изготовлении изделий. Метод «жидкого формования», широко применяемый обувной промышленности, заключается в заливке полиуретановой композиции во внутреннюю полость матрицы. При этом происходит заполнение формы материалом с одновременным его вспениванием.

При таком методе литья изделия образуется три вида отходов:

1 – облой – материал, вытесняемый в зазор между литьевой формой и изделием;

2 – литник – материал, который остается в литниковом отверстии матрицы;

3 – «сталактиты» – материал, вытекающий из сопла литьевой машины.

Соответственно различную структуру имеют и отходы таких материалов.

Практика переработки отходов интегральных полиуретанов показала, что процесс имеет достаточно неустойчивый характер, в результате чего приходится непрерывно корректировать технологические режимы переработки. Было высказано предположение, что определяющим фактором, от которого зависят режимы переработки, является структура первоначальных отходов.

Цель работы заключалась в изучении структуры отходов, образующихся при литье и выработке рекомендаций по технологии их переработки.

В процессе исследований было определено, что при изготовлении обувных подошв образуется два типа отходов интегральных полиуретанов. К первым двум типам относятся литники и облой, структура которых является идентичной и состоит из плотного поверхностного слоя и небольших пор возле сердцевины. Средняя плотность материала составляет 0,8÷1,0 г/см2, а средний размер пор находится в пределах 0,5÷1,0 мм.

Второй тип, так называемые «сталактиты», структура которых резко отличается от первого типа и состоит из плотного поверхностного слоя и небольших пор возле поверхности, которые значительно увеличиваются ближе к сердцевине. Кажущаяся плотность такого материала составляет 0,3÷0,8 г/см2, а максимальный размер пор колеблется от 5 до 10 мм.

Переработка отходов осуществлялась на лабораторном шнековом экструдере. В результате получали пластины толщиной 2-3 мм. Режимы переработки для всех типов отходов первоначально устанавливались идентичные. В дальнейшем, в зависимости от результатов исследований, режимы корректировались. Для проведения исследований из образцов вырезали срезы и изучали с использованием цифрового окуляра, путем измерения размера пор и визуальной оценки структуры материала.

Для лучшей визуализации использовались отходы с различной окраской. Было установлено, что материал литников и облоя хорошо смешивается друг с другом, дает плотную однородную структуру, имеет одинаковые температурные и технологические режимы переработки. Интегральный материал «сталактитов», перерабатываемый отдельно требовал меньшей температуры переработки и практически не подвергается смешиванию с материалом из литников и облоя.

Проведенные дополнительные исследования показали, что влияние цветовых добавок в пределах одного вида отходов не имеет принципиального значения.

Анализ возможных причин такого явления подтвердил, что определяющим фактором является различная температура термической деструкции перерабатываемых материалов, которая зависит от их первоначальной структуры.

В результате выполнения данной работы было установлено, что при переработке отходов пенополиуретанов интегральной структуры на шнековых экструдерах, они должны разделяться по видам.

Только в этом случае возможно достижение необходимого равномерного состояния и гомогенности по всему объему перерабатываемого материала. Это позволяет получать из отходов пенополиуретанов композиционные изделия с практически одинаковыми прочностными и эксплуатационными характеристиками.

Таким образом, проведенные исследования подтвердили влияние исходного состояния отходов на технологический процесс и позволили выработать рекомендации по технологическим режимам переработки.

Опубликовано в сборнике статей XLIV Научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов, магистрантов и студентов УО «ВГТУ», 2011 г.

УДК 66.061.16