Полимерные пены и технологии вспенивания

            Handbook of Polymeric Foams and Foam Technology


2nd Edition



Edited by
Daniel Klempner and Vahid Sendijarevic







With contributions by
R. M. Aseeva, K. Ashida, J. K. Backus,T. Baumann, R. Broos,
L. Domeier, С. V. Gupta, J. R. Harper, R. Herrington, P. T. Kelly,
D. Klempner, P. Knaub, R. F. Mausser,W. Nicholson, С. B. Park,
С. P. Park, J. H. Saunders, V. Sendijarevic, F. A. Shutov, K. W. Suh, D. Visco, F. Xing

        HANSER

Hanser Publishers, Munich

Hanser Gardener Publications, Inc., Cincinnati

Клемпнер Д.



            Полимерные пены

            и технологии вспенивания




Перевод с английского
Под редакцией к.т.н. А. М. Чеботаря













Санкт-Петербург
2009

УДК 000.00
ББК35.710Нем
КОО


КОО Клемпнер Д.
         П олимерньте пены и технологии вспенивания: П ер. с англ. / П од. ред. к .тл. А. М. Ч еботаря. — СП б.: Про фессмя, 2009. — 600 сир.

ISBN 978-5-93913-156-8
ISBN 3-446-21831-9 (нем.)


         Одиниз самых быстр орастущих с ектор ов индустрии пластмас с впервые получает с о времени о е справочное издание, выпущжно е на рус ском языке. В книге описаны основные виды полимерных пж, их свойства, способы производства и сф ерыприменения.
         Для широкого круга спщиалистов полимерной отрасли и смежных отраслей (строительных материалов, спортивных товаров, упаковки, транспортных средств ндр.).



УДК 000.00
ББК 35.71Нем




All right reserved. Carl Hans er Verlag, Munich

Все права ■защищены. Никакая часть дани ой книги и е может быть воспроизведена в какой быто ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Информация, содержащаяся в дани ойкните, получен а из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет отв етственностиз а возможные ошибки, связанные с использованием книги.



ISBN 978-5-93913-156-8
ISBN3-446-21831-9(neM.)

                © Carl Hanser Verlag, Munich, 2004
                © Изд-во « Проф ec сия», 2009

        Содержание





       2.2. Фуид!мент!'ЮЬО‘Те прюпцшы фортгп(ров!юся пею>т..............................24
           2.2.1. Ф о ртгоср о в 1кн е пузыря...........................................24

       2.3. Р езу«ШТ!ТЫ НССЛеДОВ !Ю^1 ПО ОТДеJQ£Q>Urf ВНД!М пен ......................... 2  9



    3. >Яченст!я структур! Н СВОЙСТВ! вспененньи полимеров ...............................3  5
       3.2. Пористые и ячеистые слстет^т..................................................3  5
           3.2.1 . Ст!ТНСГНЧе CKO е 3H!4eiffie понятия ячейки ........................... 3  5

       3.3. Открыто- н з!крыто пористые вспененные пл!стм!ссы...........................40
           3.3.2. Открытые ячейки н их плотность........................................41
       3.4. Плотность вспененных потшмеров .............................................43
           3.4.2. Плотность н р!змер ячеек..............................................43
           3.4.3. Плотность н толщины стенок............................................45
       3.5. Форм! ячеек вспененных полимеров............................................46
           3.5.1. Р^одетпс форм ячеек...................................................46
           3.5.3. Анизотропия форм ячеек................................................49
                 3.5.3.2. Влияние формы ячеек и! мех!ннческне свойств! .................50
       3.6. ₽!змер ячеек вспенеюсьтс подлоге еров.........................................5 2

СОДЕРЖАНИЕ

           3.6.2. Размер яче ек и число ячггк.............................................5 2
           3.6.3. Р азмер ячг ек и т олщнна стенок........................................53
           3.6.4. Мнкроячейкн............................................................54
           3.6.5. Размер ячеек н физические свойства ......................................5 5
       3.7. Модели ячеистой структуры и расчет механических свойств вспененных полимеров...............................................................5 5
           3.7.1. Эластичные вспененные полимеры..........................................57
           3.7.2. Жесткие вспененные полимеры.............................................53
       3.3. Ячеистая структура и теплопрсводеость вспененных полимеров...................59
           3.3.1. Теплопроводно отв полимерной фазы.......................................6 0
           3.3.2. Теплопр ов одно отв газовой ф азы......................................60
           3.3.3. Радиационная тепло пр оводе о отв.......................................63
           3.3.4. К онв ектнв ная т еплопр ов одно отв....................................64
           3.3.5. Влияние переменнвтх на теплопроводно отв................................64
       3.9. Основнвте понятия.............................................................6 6
           3.9.1. Три поколения полнмернвтх пен...........................................6 6
           3.9.2. Шеств структурнвте уровней..............................................67
           3.9.3. Количеств еннвте пар а метрвт ячеистой структурвт......................63
           3.9.4. Технологические представления.........................................6 9
           3.9.5. Преимущества вспененнвтх полимеров.....................................70
       3.10. Литература...................................................................71
4.  Эластнчнвте полнуретановвте вспененнвте материа лы................................7 3
       4.1. Введение....................................................................7 3
           4.1.1. Области применения.....................................................74
           4.1.2. Рвтнкн сбыта ...........................................................7 5
       4.2. Б азов ая химия..............................................................75
           4.2.1. Ре акции по лнприсо единения...........................................73
           4.2.2. Ре акции о бр азов ання газа...........................................30
           4.2.3. Компоненты рецептурвт пенвт............................................31
                 4.2.3.1. Полнолвт........................................................32
                 4.2.3.2. Сополнмервт полиолов............................................37
                 4.2.3.3. Изо циан атвт...................................................33
                        4.2.3.3.1. Толуолвнвте нэоцнанатвт................................33
                        4.2.3.3.2. Метнлендеф еннлденэоцна иат............................3 9
                        4.2.3.3.3. Форполнмервт...........................................9 0
                        4.2.3.3.4. Инде к с нзоцна ната...................................91
                 4.2.3.4. Нап олннт ели...................................................91
                 4.2.3.5. Воде............................................................9 2
                 4.2.3.6. Поверхностно-актнвнвте вещества (ПАВ) .........................92
                 4.2.3.7. Каталнзаторвт...................................................9 3
                        4.2.3.7.1. К аталнэаторвт- амннвт.................................9 3
                        4.2.3.7.2. Каталнзаторвт замедленного действия...................94
                        4.2.3.7.3. Нелетучие каталнзаторвт................................94
                        4.2.3.7.4. Металл о органнче окне каталнзаторвт..................94
                 4.2.3.3. Добавки.........................................................9 5
                        4.2.3.3.1. Красители..............................................95
                        4.2.3.3.2. УФ-ста билнзаторвт.....................................9 6
                        4.2.3.3.3. Огнезащитные составвт..................................9 6
                        4.2.3.3.4. Б акте рис статические агенты.........................96
                        4.2.3.3.5. Пла стнфнцнрующне до б авкн.............................9  6
                        4.2.3.3.6. Аге нт вт, открвтвающне ячейки........................97
                        4.2.3.3.7. Антистатики...........................................97
                        4.2.3.3.3. Агенты, улучшающие совместнмоств компонентов пенвт (компатнбилнзаторвт)........................................97
                        4.2.3.3.9. Вспомогателвнвте пенообр аэующне агенты...............93
       4.3. Морфолотня   вспененнвтх материалов...........................................9 9
           4.3.1. Обзор  соврёменнвтх концепций...........................................9 9

СОДЕРЖАНИЕ

7

          4.3.2. Модели образования эластичных вспененных матерналов...............107
      4.4. Пслучайна эластичных вспаиаиных материалов...............................103
          4.4.1. Обтггн^ на обходимые условия.......................................103
          4.4.2. Вспаииваина в лабораторных условиях..................................10 9
          4.4.3. Вспеиивайне в полутгромышлеиных масштабах.........................109
          4.4.4. Пр омышленно е пр оиэв одеть о пен.................................110
          4.4.5. Смешивающие головки...............................................111
          4.4.6. Процессы промышленного масштаба ..................................113
                4.4.6.1. Производство блочных материалов............................113
                4.4.6.2. Процессы уделения вспомогательных вспенивающих материалов .116
                4.4.6.3. Линни получения вспененных формовок........................117
      4.5. Физические свойства вспененных материалов................................113
          4.5.1. Плотно отв вспененного материала ..................................119
          4.5.2. Несущая способность................................................119
          4.5.3. Во эдух о пр о ниц а емо сть.......................................121
          4.5.4. Размеры ячеек .....................................................122
          4.5.5. Остаточная деформация при сжатии..................................12 3
          4.5.6. И опыт а ння пара стяжение.........................................123
          4.5.7. Раэдкр.............................................................124
          4.5.3. Способность к упругой деформации...................................124
      4.6. Блочные пены.............................................................124
          4.6.1. Рецептуры блочных пен..............................................125
          4.6.2. Р азр а ботка альтернативных в спеиив ающнх     агентов............125
          4.6.3. В спей еиные ма териалы с высокой не сущей спо со би о стью........126
          4.6.4. Высокоупругне пены.................................................127
          4.6.5. Воспламеняемость пены..............................................123
          4.6.6. Пены без ВЯТ.......................................................129
          4.6.7. Выделеиня..........................................................129
          4.6.3. Повторное использование, утилизация отходов .......................130
      4.7. Ф ормов айны е в олене иные мате риалы...................................130
          4.7.1. Вспененные материалы, предназначенные дня изготовления сидений.....131
          4.7.2. Комфортность сидений...............................................132
          4.7.3. Динамическая усталость ............................................133
          4.7.4. Запотевание и запах................................................134
      4.3. Литература ..............................................................135
   5.  Жесткие пенополиуретаны......................................................144
      5.1. Введение.................................................................144
      5.2. Структура................................................................146
      5.3. Химия....................................................................146
      5.4. Реагенты.................................................................147
          5.4.1. Изо циан а ты......................................................147
          5.4.2. Полиолы............................................................143
          5.4.3. Катализаторы.......................................................149
          5.4.4. Стабилизаторы .....................................................150
          5.4.5. П ено образов а тели..............................................15 0
          5.4.6. Модификаторы горения ..............................................151
      5.5. Рецептуры ...............................................................152
      5.6. Получение пены...........................................................152
          5.6.1. Блоки и листы .....................................................153
          5.6.2. Заливка на месте ..................................................153
          5.6.3. Напыление..........................................................154
      5.7. Физика пены..............................................................155
      5.3. Св ойства...............................................................15 5
          5.3.1. Плотность..........................................................155
          5.3.2. Механические свойства .............................................156
          5.3.3. Стейк о сть к в о де, р а ств о ригелям и химика там...............156

СОДЕРЖАНИЕ














          6.2.1. Ката -газаторы дга цнклотрнтгсернэацнн............................169
          6.2.2. Кинетика н механизмы цнклотрнмернэацнн..............................17  3
          6.2.3. Отно снтельная к ата -гатнче окая актив но оть.....................13 3
      6.3. Получение модифицированных полннэоцнануратных вспененных матер налов.....137
          6.3.1. Модифицированные уретаном полннэоцнануратные пены.................137
                6.3.1.1. Факторы, влияющие на модификацию ..........................137
                       6.3.1.1.1. Полннэо цианаты...................................133
                       6.3.1.1.2. Полиолы...........................................190
                       6.3.1.1.3. Факторы, влияющие на устойчивость к воздействию температуры и пламени........................................19 0
                       6.3.1.1.4. Выбор катализатора...............................193
                       6.3.1.1.5. Вспенивающие агенты..............................193
                       6.3.1.1.6. ПАВ .............................................194
                6.3.1.2. Получение пены............................................194
                       6.3.1.2.1. Модифицированный полнольный полннэоцнануратный оцененный материал на основе сорбита ........................195
                      6.3.1.2.2. Моднфнцнрованная этиленгликолем полннзоцнануратная пена........................................................19 5
                       6.3.1.2.3. Ламинированные вспененные материалы..............195
                      6.3.1.2.4. Изоцнануратные пены, модифицированные ароматическими сложными полиэфирами..........................196
                      6.3.1.2.5. Полннэоцнануратные пены модифицированные фенольными смолами...........................................196
                6.3.1.3. Свойства пены..............................................197
                6.3.1.4. Процессы производства......................................193
          6.3.2. Полннзоцнануратные пены, модифицированные оксазогадоном............202
          6.3.3. Модифицированные амидом полннзоцнануратные  пены...................20 5
          6.3.4. Модифицированные карбодниггадом полннзоцнануратные вспененные материалы.....................................................205
          6.3.5. Моднфнцнр свайные нмндом полннзоцнануратные пены..................207
      6.4. Области применения......................................................207
          6.4.1. Плиты из пенс композитов..........................................203
          6.4.2. Огнеупорные бесшовные изоляционные материалы......................203
          6.4.3. Изоляция ялэтгтгй ................................................209
          6.4.4. Изоляция химических и нефтехимических заводов.......................21 0
          6.4.5. Оте ны многоэтажных до мов........................................211
          6.4.6. Химически стойкие плоты...........................................211
          6.4.7. Крнотехннка, нефтехимия, использование солнечной энергии..........211
          6.4.3. Высоко упругие эластичные полиуретановые вспененные материалы......211
      6.5. Литература..............................................................211
   7. П огастнрольные и структурные пены...........................................216
      7.1. Введение и общее описание...............................................216
          7.1.1. Терминология......................................................217

СОДЕРЖАНИЕ

9

      7.2.  Химия и получение ........................................................213
          7.2.1. Теория  процесс! в спеннв алия.......................................213
                7.2.1.1. Инициирование пузырьков......................................213
                7.2.1.2. Рост пузырьков ..............................................219
                7.2.1.3. Стабилизация пузырьков......................................22 0
          7.2.2. Выбор   пенообразователей............................................221
      7.3.  Свойства н ни связь со структурой ..........................................22 2
          7.3.1. Методы испытаний.....................................................22 2
          7.3.2. Свойства промышленных пр одуктов.....................................22 2
                7.3.2.1. Ячейки ......................................................224
                       7.3.2.1.1. Геометрия...........................................225
                       7.3.2.1.2. Доля открытых яче ек..................................22 5
                       7.3.2.1.3. Состав газа.........................................225
          7.3.3. Механические свойства ...............................................225
                7.3.3.1. Жесткие вспененные полимеры..................................22 5
                       7.3.3.1.1. Ползучесть..........................................227
                7.3.3.2. Структурные пены.............................................223
                7.3.3.3. Эластичные вспененные полимеры...............................223
                       7.3.3.3.1. Поведение при сжатии................................22 9
                       7.3.3.3.2. Прочность и относительное удлинение при растяжении..230
                       7.3.3.3.3. Прочность на раэдагр..................................23 0
                       7.3.3.3.4. Уст ало сть пр н изгибе.............................231
          7.3.4. Термические свойства.................................................231
                7.3.4.1. Те пл опр св ода о сть.......................................231
                7.3.4.2. Удельная теплоемкость........................................232
                7.3.4.3. Коэффициент линейного термического расширения..................23 2
                7.3.4.4. Максимальная температур а эксплуатации.......................23 3
                7.3.4.5. Горючесть....................................................233
          7.3.5. Влагостойкость.......................................................233
          7.3.6. Электрические свойства...............................................234
          7.3.7. Старение в окружающей среде..........................................234
          7.3.S. Другие свойства......................................................234
      7.4.  Промышленное производство и переработка...................................235
          7.4.1. Процесс производства ................................................235
                7.4.1.1. В спеннв ающнеся композиции....................................23 5
                       7.4.1.1.1. Физическая стабилизация............................23 5
                       7.4.1.1.2. Химическая стабилизация.............................236
                7.4.1.2. Процесс декомпрессионного расширения.........................236
                       7.4.1.2.1. Физическая стабилизация.............................236
                       7.4.1.2.2. Химическая стабилизация.............................237
                7.4.1.3. Диспергирование..............................................233
                       7.4.1.3.1. Взбивание                      .....................233
                       7.4.1.3.2. Синга ктные в one неиные полимеры...................239
                7.4.1.4. Другие методат...............................................23 9
          7.4.2. Промышленные продукты и                     процессы.................23 9
                7.4.2.1. Полистирол...................................................239
                       7.4.2.1.1. Экстрударсвайные полнстнрольиые плиты.................23 0
                       7.4.2.1.2. Экстрударсвайные полнстнрольиые листы...............241
                       7.4.2.1.3. Вспененные полнстирольиые плиты из бисера...........241
                       7.4.2.1.4. Полнстирольиые структурные пены.....................241
                       7.4.2.1.5. Вспенивающийся по лнстнр ол для за сыпкн............242
      7.5.  Применение...............................................................24 2
          7.5.1.  Амортизация.........................................................243
          7.5.2. Тепловая изоляция....................................................243
                7.5.2.1. Холодильная те хннка.........................................244
                7.5.2.2. Строительство................................................244

СОДЕРЖАНИЕ

           7.5.4. КОИСТруКЦНО >ЦЦ>Те ДеТа-ТШ...........................................24  6
           7.5.5. ПрЮгСеИеЮСе В МОреПЛаВilGffi........................................24 6
           7.5.6. Элактрнческая изоляция.............................................247
           7<5.7 < Объемное эапо-тшеюге и укупорка...................................247
           7.5.3. Другие обл а стн прюгсаиаюся.......................................247
           7.5.9. Энергетические аспекты вспененной изо ляции........................243
           7.5.10. Э кологня и базе па ено сть........................................252

                 7 < 5 < 10 < 2 < Выбр о сы в атмо оф spy.............................25 2

3.  Вспененные по гшолефишг.......................................................253

       3.2. Хиттшя и производство.....................................................25 9
           3.2.1. Вспенивание фнзнческнмн гаэообр аэовата лямн........................26 2
                 3.2.1.1. Процаее вспаннвання........................................262
                        3<2<1<1<1< Выборполнмерного сырья.............................263
                        3<2<1<1<2< Выбор паноо бр азоват а ля..........................26  5
                        3<2<1<1<3< Новые пенообразовате-тпг...........................263
                        3<2 <1 <1 <4< Модификаторы пр синцаемс стн....................26 9
                        3.2.1.1.5. Пробламы углеводородных гаэообразователей .........271
                        3.2.1.1.6. Неорганические пенообразователи....................272
                 3.2.1.2. Перноднческнй процесс.......................................273
           3.2.2. В спеиив а ине хнмнч е скнм пен о о бр азов а телем.................274
                 3.2.2.1. Поперечная ешквк!...........................................274
                        3.2.2.1.1. Реакции сшнвкн.....................................27 5
                        3.2.2.1.2. Поперечная сшивка с      активаторами..............277
                        3<2<2<1<3< Ошнмальная стгшвка................................277
                 3.2.2.2. Химические гаэообраэователн................................232
                 3<2<2 <3< ВcneiGS аюсе и его регугосроваюсе ........................234
                        2<2<2<3<1< Регулирование плотности пенопласта................236
                        3<2<2<3<2< Регулнрсвише размера пор ..........................237
       3.3. Со отношение структуры и свойств.........................................233
           3<3 <1 < Свойства пр отгшшг л еюг ой продукцюг..............................29  2


           3.3.2. Взаимозависимость структуры и свойств..............................293
                 3<3<2<1< В л налоге структурпараметров................................29  5
                 3.3.2.2. Структурные модели.........................................297
                 3<3< 2<3< Эмпнрнче ская корреляцня...................................29 9
       3 <4 < Промышленные пр оизв одеть о и перера ботка ...........................301
           3<4 < 1 < Экс-тру знойные проце осы.......................................301
                 3<4<1 < 1 < Прямая экструзия........................................301
                 3 <4 < 1 < 2 < Экструзия с накопите л jnroc..........................30 3
                 3.4.1. 3. Высокоскоростная (мгновенная) экструзия...................303
                 3.4.1. 4. Придание формы пенопластам................................304
                 3.4.1 <5. Сплавленные вспенеюоге стрешн.............................304
           3.4.2. Процессы производства полиолефинового бисера дня формования.......30 5

                 3.4.2.2. Процесс                                                    306

                 3.4.2.4. Процесс iSe&sw?............................................303
           3.4.3. Процессы сшнвкн листов из полиолефинов.............................309
                 3.4.3.1. Проце осы р аднацнонной сшнвкн...............................30  9
                 3.4.3.2. Процессы химической сшнвкн.................................311
                 3.4.3.3. Ср авненн е д^ух пр оце ссов ................................31  3