Рост размеров вспененного полимерного материала

При изготовлении полимерных навигационных знаков, пластиковых буев, полимерных вех, пластиковых поддонов становится актуально изготавливать стенку изделия многослойной, один из слоев - вспененный полиэтилен. Вспенивание сечения стенки крупногабаритного изделия из пластмассы, изготовленного методом ротационного формования увеличивает жесткости изделия, его каркасность, а так же его удешевляет. 

Процесс формирования ячеистой структуры пластмассового изделия состоит из таких стадий, как образование газа, растворение его в полимерной массе, последующая десорбция газа и возникновение газовой фазы, расширение газа с образованием ячеек в полимере.

В результате этих процессов происходит рост толщины стенки пластмассового изделия в трех измерениях в начальный момент, однако в дальнейшем наблюдается явление усадки, обусловленное диффузией газа через стенки ячеек и их обратимой деформацией. Данные процессы зависят от количества газа, вязкости системы, скорости реакций газообразования. В композиции на основе линейного полиэтилена с вводом красящих и удешевляющих добавок, основное влияние оказывает степень соотношение полимера, определяющие реологические и механические свойства композиций.

При изготовлении пластмассовых изделий методом ротационного формования

в состав композиции входит линейный полиэтилен, пигменты красящие, удешевляющие добавки, газообразователь, катализаторы его разложения.

Из зависимости роста размеров образцов вспененного материала от содержания газообразователя, откуда следует, что увеличение дозировки газообразователя влечет повышение степени роста размеров. Однако, увеличение дозировки газообразователя в два раза вызывает возрастание степени роста только на 30%, что может быть связано с потерей части газа вследствие осложнения его растворения в более вязкой композиции. Необходимо отметить, что рост вертикальных и горизонтальных размеров образцов практически одинаковый.

При увеличении содержания удешевляющей добавки в композиции наблюдается падение степени роста. Возрастание количества удешевляющей добавки от 40 до 70 масс.ч. на 100 масс.ч. линейного полиэтилена приводит к уменьшению роста размеров с 230 до 180%, причем как для длины, ширины, так и высоты образцов пластмассового изделия. Это происходит вследствие повышения доли удешевляющей добавки в смеси полимеров, включение которого в полимерную матрицу полиэтилена тормозит расширение композиции в процессе вспенивания.

Усадка вспененного материала начинается сразу после насыщения стенки пластмассового изделия газом, при этом величина усадки пропорциональна степени расширения ячеистого материала. Как следует из этих данных, при увеличении количества газообразователя от 4 до 8 масс.ч. усадка растет от 5 до 10%, что можно объяснить как зависимостью обратимой деформации от относительной, так и повышением диффузии газа через стенки ячеек при повышении его давления внутри ячеек. Увеличение усадки можно заметить при повышении содержания красящего пигмента, однако если влияние концентрации красящего пигмента на усадку по длине и ширине незначительное, то ее влияние на усадку вспененного материала по высоте весьма существенное - более, чем в 2 раза. Объяснением может послужить предположение, что при увеличении доли красящего резко возрастает обратимая деформация стенок ячеек.

Дополнительную информацию о характере усадки ячеистого материала дает зависимость изменения размеров образцов во времени и в процессе хранения.

Скорость усадки пластмассового изделия несколько уменьшается при увеличении содержания газообразователя. Резкое уменьшение размеров образцов происходит в начальной стадии, а затем размеры практически не изменяются. Если сравнить кинетику усадки образцов по высоте и длине, то окажется, что характер влияния содержания азодикарбонамида для двух случаев аналогичен, однако скорость стабилизации размеров различна. Высота образца сохраняется на постоянном уровне, начиная с 5 суток, в то время как усадка длины прекращается через 10 суток.

Скорость усадки образца уменьшается при повышении содержания удешевляющей добавки. Так, усадка образцов ячеистого материала с 10 масс.ч. удешевляющей добавки заканчивается через 12 суток, а для образцов, содержащих 70 мас.ч. добавки - через 2-3 суток.

Таким образом, повышение степени роста материала можно достичь, увеличивая содержание газообразователя. Усадка вспененного пластмассового изделия увеличивается при повышении количества газообразователя, а также увеличении доли удешевляющей добавки.