RU2073035C1

RU2073035C1 - Method of preparing porous material

Info

Publication number: RU2073035C1
Application number: RU93051596A
Authority: RU
Original assignee: Научно-Коммерческое Предприятие "Полимерпласт"
Priority date: 1993-11-04
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 1997-02-10

Abstract

FIELD: porous polymer materials. SUBSTANCE: invention relates to preparing damping, sound-insulation, and heat-insulation porous polyvinylchloride materials applicable in shipbuilding, automobile, aircraft, and other industries. In particular, one-component porous polyvinylchloride material with cellular structure is prepared through shaping powder suspension or bulk polyvinylchloride under pressure 0.5-400 MPa and 20-170 C to achieve density 0.72-1.28 g/cu.cm, whereupon resultant product is heated in closed space to 140-150 C and then at 190-300 C for 3-15 min in free state. EFFECT: improved procedure. 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам получения пористых поливинилхлоридных (ПВХ) материалов, используемых в качестве вибро-, звуко-, акусто-, теплозащитных материалов в автомобиле- и судостроении, авиационной и других отраслях промышленности. The invention relates to methods for producing porous polyvinyl chloride (PVC) materials used as vibration, sound, acousto, heat-shielding materials in automobile and shipbuilding, aviation and other industries.

Известно, что легкие пористые ПВХ материалы с улучшенными физико-механическими свойствами, например высокой прочностью, эластичностью, сохраняющейся при низких температурах, чаще всего получают путем создания многокомпонентных систем, включающих ряд целевых добавок вспенивателей, стабилизаторов, пластификаторов и т.п. Однако введение целевых добавок наряду с улучшением одних показателей часто приводит к ухудшению других и вызывает удорожание материала. It is known that lightweight porous PVC materials with improved physicomechanical properties, for example, high strength, elasticity, which remains at low temperatures, are most often obtained by creating multicomponent systems, including a number of targeted additives of blowing agents, stabilizers, plasticizers, etc. However, the introduction of targeted additives along with the improvement of some indicators often leads to deterioration of others and causes a rise in the cost of the material.

Известен способ получения пористого материала общей пористости 48 49% путем формования порошкообразного ПВХ валиком в холодном состоянии, причем на подложку наносят нижний слой из нетермообработанного ПВХ и верхний слой из ПВХ, предварительно термообработанного при 100 150^oC, или нижний и верхний слои из термообработанного ПВХ и промежуточный слой из нетермообработанного ПВХ, с последующим нагреванием при 200^oC в течение 3 мин или при 280^oC в течение 1 мин. [1] Воспроизведение этого способа показало, что получаемый материал имеет корпускулярную пористую структуру, характеризуется кажущейся плотностью 0,72 г/см³, отношением разрушающего напряжения при растяжении к кажущейся плотности 4,3 МПа • см³/г; морозостойкость, оцениваемая по разности модулей упругости при растяжении при 60^oC и 20^oC, равна 700 МПа; эластичность, измеряемая как минимальный диаметр валика, вокруг которого материал изгибается без разрушения, составляет 35 мм.A known method of producing porous material with a total porosity of 48 49% by molding powdered PVC with a roller in a cold state, the lower layer of non-heat-treated PVC and the upper layer of PVC pre-heat treated at 100-150 ^° C, or the lower and upper layers of heat-treated PVC, are applied to the substrate and an intermediate layer of non-heat-treated PVC, followed by heating at 200 ^° C. for 3 minutes or at 280 ^° C. for 1 minute. [1] Reproduction of this method showed that the resulting material has a particulate porous structure, characterized by an apparent density of 0.72 g / cm ³ , a ratio of tensile stress to an apparent density of 4.3 MPa • cm ³ / g; frost resistance, estimated by the difference in tensile modulus of elasticity at 60 ^° C and 20 ^° C, is 700 MPa; the elasticity, measured as the minimum diameter of the roller around which the material bends without breaking, is 35 mm.

Ближайшим к предложенному способу по технической сущности является известный способ получения пористого материала общей пористостью 48 49% путем тепловой обработки порошкообразного ПВХ при 125 130^oC, формования порошка в свободном состоянии с помощью валика на движущейся подложке, последующего нагревания в туннельной печи при 180 220^oC, обработки водой и раствором поверхностно-активного вещества [2] Воспроизведение этого способа показало, что получаемый материал имеет корпускулярную пористую структуру, характеризуется кажущейся плотностью 0,70 0,72 г/см³, отношением разрушающего напряжения при растяжении к кажущейся плотности 4,9 7,0 МПа • см³/г, малой морозостойкостью (разность модулей упругости при - 60^oC и 20^oC составляет 700 МПа), эластичностью 30 мм.Closest to the proposed method, the technical essence is the known method for producing porous material with a total porosity of 48 49% by heat treatment of powdered PVC at 125 130 ^o C, molding the powder in a free state using a roller on a moving substrate, followed by heating in a tunnel furnace at 180 220 ^o C, treatment with water and a solution of a surfactant [2] Reproduction of this method showed that the resulting material has a corpuscular porous structure, characterized by an apparent density of 0 , 70 0.72 g / cm ³ , the ratio of tensile stress to apparent density 4.9 7.0 MPa • cm ³ / g, low frost resistance (the difference in elastic moduli at -60 ^o C and 20 ^o C is 700 MPa) , elasticity 30 mm.

Для увеличения прочности материала и эластичности, сохраняющейся при низких температурах, предложен способ получения пористого материала путем формования порошкообразного поливинилхлорида и последующего его нагревания при температуре выше 180^oC, отличающийся от извесных тем, что в качестве поливинилхлорида используют суспензионный и полученный в массе поливинилхлорид, формование осуществляют при давлении 0,5 400 МПа и температуре 20 170^oC до достижения плотности 0,72 1,28 г/см³, затем нагревают в закрытом объеме до 140 150^oC, а последующий нагрев проводят при 190 300^oC в свободном состоянии в течение 3 15 мин.To increase the strength of the material and the elasticity that remains at low temperatures, a method is proposed for producing a porous material by molding powdered polyvinyl chloride and then heating it at a temperature above 180 ^o C, different from the known ones in that polyvinyl chloride is used in suspension and formed in bulk, molding carried out at a pressure of 0.5 to 400 MPa and a temperature of 20,170 ^o C to achieve a density of 0.72 1.28 g / cm ³ , then heated in a closed volume to 140 150 ^o C, and subsequent heating carried out at 190 300 ^o C in a free state for 3 to 15 minutes

Техническим результатом изобретения является получение однокомпонентного ПВХ материала с кажущейся плотностью 0,2 1,0 г/см³, отношением разрушающего напряжения при растяжении к кажущейся плотности 8,5 17,5 МПа • см³/г, эластичностью 2 6 мм, высокой морозостойкостью (разность модулей упругости при растяжении при 60^oC и 20^oC составляет 0 300 МПа).The technical result of the invention is to obtain a single-component PVC material with an apparent density of 0.2 1.0 g / cm ³ , the ratio of tensile stress to apparent density of 8.5 to 17.5 MPa • cm ³ / g, elasticity of 2 6 mm, high frost resistance (the difference in tensile modulus of elasticity at 60 ^° C and 20 ^° C is 0 300 MPa).

Характеризующие получаемый материал прочность и эластичность, сохраняющаяся при низких температурах, более высокие, чем у известных однокомпонентных пористых ПВХ материалов, связаны с его ячеистой структурой, которая в свою очередь обусловлена способом его получения. The strength and elasticity that characterizes the resulting material, which is maintained at low temperatures, are higher than that of the known single-component porous PVC materials, are associated with its cellular structure, which in turn is determined by the method of its preparation.

Из уровня техники не вытекает возможность получения однокомпонентного ПВХ материала ячеистой структуры с улучшенной прочностью и эластичностью, сохраняющейся при низких температурах, путем формования порошкообразного ПВХ без добавок под давлением (прессования) и последующего нагревания (спекания) сначала в закрытом объеме, а затем в свободном состоянии. The prior art does not imply the possibility of obtaining a single-component PVC material with a cellular structure with improved strength and elasticity, which remains at low temperatures by molding powdered PVC without additives under pressure (pressing) and subsequent heating (sintering), first in a closed volume and then in a free state .

Осуществление способа при давлении прессования выше 400 МПа или температуре ниже 20^oC экономически нецелесообразно. При давлении прессования ниже 0,5 МПа или температуре прессования выше 170^oC, либо без нагревания в закрытом объеме, либо при температуре нагревания выше 300^oC или времени нагревания более 15 мин не образуется пористый материал, пригодный для использования. При температуре нагревания ниже 190^oC и времени нагревания менее 3 мин образуется материал с высокой кажущейся плотностью (1,22 1,27 г/см³). Осуществление способа при параметрах прессования и нагревания в заявляемых пределах, но при плотности материала после прессования менее 0,72 г/см³ или более 1,28 г/см³ либо не позволяет получить целостный материал, либо приводит к получению материала с высокой кажущейся плотностью.The implementation of the method at a pressure above 400 MPa or a temperature below 20 ^o C is not economically feasible. At a pressing pressure below 0.5 MPa or a pressing temperature above 170 ^° C, either without heating in a closed volume, or at a heating temperature above 300 ^° C or a heating time of more than 15 minutes, a porous material suitable for use is not formed. When the heating temperature is below 190 ^o C and the heating time is less than 3 min, a material with a high apparent density (1.22 1.27 g / cm ³ ) is formed. The implementation of the method with the parameters of pressing and heating within the claimed limits, but with a density of the material after pressing less than 0.72 g / cm ³ or more than 1.28 g / cm ³ either does not allow to obtain a complete material, or leads to a material with a high apparent density .

Пример 1. Порошкообразный суспензионный ПВХ (ГОСТ 14332-78) прессуют при давлении Р_пр 0,5 МПа и температуре Т_пр 80^oC. Таблетированный материал (диаметр 10 мм, высота 6 мм) с плотностью ρ_т= 0,72 г/см³ нагревают в закрытой форме до температуры Т_из 140^oC, а затем в свободном состоянии при температуре печи Т_но 250^oC в течение t_но 6 мин. Получают микропористый ПВХ материал ячеистой структуры, определенной методами оптической и электронной микроскопии. Определяют методом гидростатического взвешивания кажущуюся плотностью ρ_м. Определяют разрушающее напряжение при растяжении по ГОСТ 17370-71 и рассчитывают отношение этого показателя к кажущейся плотности материала ((σ_р/ρ_м).). Оценивают эластичность материала толщиной 0,8 мм по минимальному диаметру валика, при огибании которого при комнатной температуре не происходит разрушение материала. Сохранение эластичности при низких температурах характеризуют разностью модулей упругости при растяжении материала при 60^oC и 20^oC.Example 1. Powdered suspension PVC (GOST 14332-78) is pressed at a pressure of P _pr 0.5 MPa and a temperature of T _pr 80 ^o C. Tableted material (diameter 10 mm, height 6 mm) with a density ρ _t = 0.72 g / cm ³ are heated in closed form to a temperature T _of 140 ^° C, and then in a free state at a furnace temperature of T _but 250 ^° C for t _but 6 minutes Microporous PVC material is obtained with a cellular structure determined by optical and electron microscopy. The apparent density ρ _{m is} determined by hydrostatic weighing. Determine the tensile stress in accordance with GOST 17370-71 and calculate the ratio of this indicator to the apparent density of the material ((σ _p / ρ _m ).). The elasticity of the material with a thickness of 0.8 mm is estimated by the minimum diameter of the roller, which does not break at room temperature when the material is bent. The preservation of elasticity at low temperatures is characterized by the difference in the moduli of elasticity under tension of the material at 60 ^o C and 20 ^o C.

Условия получения и свойства материала по этому и последующим примерам приведены в таблице. The production conditions and material properties for this and subsequent examples are given in the table.

Примеры 2 10. Осуществляют аналогично примеру 1, изменяя условия получения материала, причем в примерах 2 7 используют суспензионный ПВХ, а в примерах 8 10 полученный в массе ПВХ (ТУ 6-01-678-86). Examples 2 10. Carried out analogously to example 1, changing the conditions for obtaining the material, moreover, in examples 2 to 7 using suspension PVC, and in examples 8 to 10 obtained in bulk PVC (TU 6-01-678-86).

Пример 11 (сравнительный, по способу [1]). Суспензионный порошкообразный ПВХ (ГОСТ 14332-78) термообрабатывают при 130^oC в смесителе, охлаждают, просеивают через сито N 04 (размер частиц < 400 мкм) и подают во второй бункер ленточной машины. В первый бункер подают такой же ПВХ без термообработки. Из первого бункера ПВХ поступает на металлическую ленту, на которой установлен гладкий формующий валик. Отформованный слой толщиной 0,4 мм поступает под выходное отверстие второго бункера, откуда ПВХ поступает под профильный валик, отформовывающий второй слой толщиной 0,4 мм и с высотой ребра 0,7 мм, после чего двойной слой поступает в туннельную печь, где при 280^oC в течение 1 мин спекается в микропористый лист корпускулярной структуры. Материал охлаждают, промывают водой, гидрофилизируют раствором сульфанола, сушат и определяют свойства.Example 11 (comparative, by the method of [1]). Suspended powdery PVC (GOST 14332-78) is heat treated at 130 ^° C. in a mixer, cooled, sieved through a No. 04 sieve (particle size <400 μm) and fed to the second hopper of the tape machine. The first PVC is supplied with the same PVC without heat treatment. From the first hopper, PVC enters a metal strip on which a smooth forming roller is installed. A molded layer with a thickness of 0.4 mm enters the outlet of the second hopper, from where PVC enters under a profile roll forming a second layer with a thickness of 0.4 mm and a rib height of 0.7 mm, after which the double layer enters the tunnel furnace, where at 280 ^o C for 1 min is sintered into the microporous sheet of the corpuscular structure. The material is cooled, washed with water, hydrophilized with a solution of sulfanol, dried and properties are determined.

Пример 12 (сравнительный, по способу [2]). Суспензионный порошкообразный ПВХ (ГОСТ 14332-78) термообрабатывают при 130^oC и далее ведут обработку аналогично примеру 11, но без создания слоя из ПВХ, не прошедшего термообработку, и спекание осуществляют при 200^oC в течение 2 мин. Получают пористый материал корпускулярной структуры, который охлаждают, промывают, гидрофилизируют, а затем определяют свойства.Example 12 (comparative, by the method of [2]). Suspended powdery PVC (GOST 14332-78) is heat treated at 130 ^o C and then processed as in example 11, but without creating a layer of PVC that has not undergone heat treatment, and sintering is carried out at 200 ^o C for 2 min. A porous material of a corpuscular structure is obtained, which is cooled, washed, hydrophilized, and then the properties are determined.

Пример 13 (сравнительный). Пористый материал получают аналогично примеру 12, но спекание осуществляют при 200^oC в течение 3 мин, т.е. в пределах условий предложенного способа.Example 13 (comparative). The porous material is obtained analogously to example 12, but sintering is carried out at 200 ^o C for 3 minutes, i.e. within the conditions of the proposed method.

Пример 14 (сравнительный). Пористый материал получают аналогично примеру 12, но используют полученный в массе ПВХ (ТУ 6-01-678-86). Example 14 (comparative). The porous material is obtained analogously to example 12, but use obtained in bulk PVC (TU 6-01-678-86).

Пример 15 (сравнительный). Пористый материал получают аналогично примеру 12, но до нагревания в свободном виде проводят нагревание в закрытой форме до 140^oC.Example 15 (comparative). The porous material is obtained analogously to example 12, but before heating in a free form, heating is carried out in closed form to 140 ^o C.

Claims

A method of obtaining a porous material by molding powdered polyvinyl chloride and then heating it at a temperature above 180 ^o C, characterized in that as the polyvinyl chloride used suspension and obtained in the mass of polyvinyl chloride, molding is carried out at a pressure of 0.5
400 MPa and a temperature of 20,170 ^o C to achieve a density of 0.72 1.28 g / cm ³ , then heated in a closed volume to 140 150 ^o C, and subsequent heating is carried out at 190 300 ^o C in a free state for 3 15 minutes .