Технология производства полиуретановых изделий для шин инвалидных колясок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология производства полиуретановых изделий для шин инвалидных колясок

Москва 2010

Введение

Известно, что главной отличительной особенностью полиуретанов является тот факт, что на основе исходных соединений одной и той же природы могут быть получены важнейшие в техническом отношении различные типы полимеров: пластмассы, эластомеры и волокна.

Общим основным свойством, выделяющим класс полиуретанов из других типов полимеров, является их высокая износостойкость.

В последнее время всё большее практическое значение приобретают полиуретановые эластомеры, прежде всего, вследствие уникальной возможности сочетания высоких величин твёрдости и эластичности.

Полиуретановые эластомеры сейчас широко используются как конструкционный материал во многих отраслях промышлености. По сравнению с жесткими и мягкими пенополиуретанами эластомеры все еще представляют собой относительно новый материал для многих производств, возможности применения, которого далеко не исчерпаны. Иногда, их даже считают малодоступными материалами, не имеющими важного значения для промышленности, что связано с непониманием тех значительных достижений в области технологии получения и изучения свойств полиуретанов, которые были сделаны за последние годы.

В настоящее время полиуретановые эластомеры достаточно широко применяются в массивных и проколостойких шинах с эластичным наполнителем (типа «Тайерфил»), асфальтоходных башмаках для гусеничной техники, велошинах и шинах для инвалидных кресел-колясок, в роликовых коньках, лыжероллерах и т.д. Использование полиуретановых опорных колец в безопасных шинах РАХ позволяет в два раза снизить массу этих колец по сравнению с резиновыми.

Работы по созданию полиуретановых пневматических шин уже в течение нескольких десятков лет ведут различные научные и производственные коллективы, в том числе и НИИШП. В результате были созданы экспериментальные легковые и сельскохозяйственные шины, обладающие несомненными преимуществами перед аналогами из традиционных резин тормозом для их широкого внедрения является более высокая стоимость сырья и психологическая инертность производителей шин, их нежелание кардинально менять сложившуюся сырьевую и технологическую базу. Однако ценовая разница между полиуретаном и резиной имеет тенденцию к уменьшению. [2]

В данной работе будет рассмотрен вариант технологии производства полиуретановых изделий для шин инвалидных колясок.

1. Литературный обзор

1.1 Химия полиуретановых эластомеров

Полиуретаны - это полимерные соединения, содержащие помимо других химических группировок повторяющуюся уретановую группу.

Уретановая связь может быть получена либо реакцией полиприсоединения, либо реакцией поликонденсации, но для промышленного использования перспективна лишь реакция полиприсоединения между диизоцианатом и диолом. [1] 18 с.

1.1.1 Получение полиуретановых каучуков и резин

Уретановые каучуки весьма перспективны в области практического использования полиуретанов. Полиуретановые эластомеры характеризуются уникальными свойствами - исключительно высокой прочностью на раздир и истирание, высокой прочностью и эластичностью.

Полиуретановые эластомеры получают на основе олигомерных полиэфиров, содержащих концевые гидроксильные группы, и диизоцианатов. Термин «олигомер» означает низкомолекулярный полимер, получаемый при реакциях радикальной теломеризации или при поликонденсации, проводимой с большим избытком одного из компонентов. Олигомеры представляют собой вязкие жидкости, и их молекулы являются основным блоком линейной высокомолекулярной цепи. Обычный молекулярный вес олигомерных полиэфиров, применяемых для синтеза полиуретанов, составляет 1000-2000.

Для синтеза полиуретановых эластомеров можно использовать как простые, так и сложные полиэфиры. В случае простых полиэфиров широко применяют различные сополимеры - окиси этилена и пропилена, их сополимеры с тетрагидрофураном и пр. Из сложных полиэфиров наиболее распространены полиэфиры на основании различных гликолей (этиленгликоля, диэтиленгликоля и пр.) и адипиновой кислоты. Основными диизоцианатами, применяющимися для синтеза, являются 2,4 - толуилендиизоцианат (2,4 - ТДИ), 1,5 - нафтилендиизоцианат, 4,4' - дифенилметандиизоцианат, 1,6 - гексаметилендиизоцианат (ГМДИ) и др.

Синтез полиуретановых эластомеров протекает в две стадии. На первой стадии из 2 молей олигомерного полиэфира и 3 молей диизоцианата получают так называемый макродиизоцианат, или форполимер:

где волнистая линия означает молекулу олигоэфира или олигоуретана (макродиизоцианата).

Форполимер - вязкая жидкость или легко размягчающееся твёрдое тело. Концевые группы позволяют удлинять цепь с помощью диаминов или гликолей (бутандиола, триэтиленгликоля и др.).

При взаимодействии макродиизоцианатов и диаминов вначале получают линейные полиуретанмочевины

Избыток макродиизоцианата, не вошедшего в реакцию, вызывает сшивание цепей. При таком сшивании макродиизоцианат присоединяется по предварительно образовавшимся мочевинным связям, которые достаточно реакционны по отношению к диизоцианатным группам. В результате этого в сшитых каучуках появляется ещё один тип связей - биуретовых:

Один и тот же макродиизоцианат служит как для построения цепей, так и для их сшивания, что определяет, в частности, почти одинаковые размеры ячеек сетки. В этом заключается, очевидно, одна из причин высокой прочности и малой истираемости полиуретанов.

Эластомеры с аналогичными свойствами образуются так же и в том случае, когда вместо диамина для сшивания берётся вода. При отщеплении СО₂ вначале образуется линейная полиуретанмочевина, которая, взаимодействуя с избытком макродиизоцианата, приводит к удлинению цепей и их сшиванию с образованием биуретовых связей.

При получении высокомолекулярных продуктов для сшивания может быть также использована реакция взаимодействия макродиизоцианатов с двухатомными спиртами, например бутандиолом.

Гликоля в данном случае берется несколько меньше, чем требуется для полного насыщения диизоцианата. Избыток макродиизоцианата сшивает полимерные цепи за счёт взаимодействия с атомами водорода уретановых групп. При этом возникает ещё один тип связей в цепях - аллофанатный.



Сочетание рассмотренных методов даёт возможность широко варьировать структуры сетки каучуков и, таким образом, изменять их физико-механические характеристики, особенно если учесть, что в качестве переменных, определяющих свойства, можно выбирать олигомеры различного химического строения и молекулярного веса и различные диизоцианаты.

Существует также и другая возможность получения сшитых полиуретановых эластомеров по одностадийному методу. Она заключается в том, что в олигоэфир при его синтезе вводится небольшое количество трёхатомного спирта, например тоиметилолпропана. При этом образуется разветвлённый полиэфир. В ходе взаимодействия его с диизоцианатами одновременно с ростом цепи происходит сшивание по свободным гидроксильным группам введённого трёхатомного спирта.

Из изложенного видно, что химия полиуретановых эластомеров имеет практически неограниченные возможности изменения химической структуры полиуретановых эластомеров. Общим для всех, однако, остаётся наличие четырёх основных типов связей (уретановых, мочевинных, биуретовых и аллофанатных) и чередование в цепи блоков олигомерной компоненты - олигоэфиров или других гидроксилсодержащих соединений - и блоков, вводимых диизоцианатной компонентой. [3] 9-12 с.

1.1.2 Получение полиуретановых эластомеров на основе олигодиендиолов

В данной работе, в качестве соединения содержащего гидроксильные группы можно использовать олигодиендиолы, которые получаются по реакции теломеризации и озонолиза олигодиена.

И далее по реакции с диизоцианатом.

Здесь Х - модифицирующая функциональная группа: при X = оксиранил получают олигодиенуретандиэпоксид, при X = ОСОС(СН3)=СН2 - олигодиенуретандиметакрилат и т.п. [4]

1.1.3 Физико-механические свойства полиуретановых эластомеров

Структура полиуретанов определяет все их важнейшие свойства.

Полиуретановые цепи в отличие от большинства молекулярных цепей других каучуков содержат большое количество высокополярных групп, и поскольку они не так жестко соединены первичными химическими связями, эти полярные группы могут свободно располагаться относительно друг друга, образуя очень прочные вторичные химические связи. Большое количество полярных групп не позволяет цепям скользить друг относительно друга под напряжением, что обуславливает очень высокий модуль упругости, присущий эластомерам. Цепи обычных каучуков не содержат полярных групп и могут сравнительно легко передвигаться относительно друг друга. Для обеспечения более высокого модуля в таких случаях требуется вводить усиливающие агенты, например сажу. Полиуретаны, сшитые серой или перекисью, находятся где-то между этими материалами, поскольку присутствующие в них короткие поперечные связи между цепями не позволяют полярным группам в полной мере занять соответствующее положение. В этих случаях для увеличения модуля можно ввести сажу.

Присутствие сильных вторичных химических связей помогает объяснить некоторые свойства полиуретановых эластомеров. Высокий показатель напряжения при удлинении и сжатии можно получить не меняя макромолекулярную структуру эластомера, введением армирующего наполнителя. Это значит, что полиуретановые эластомеры по природе своей обладают некоторой твёрдостью, не свойственной обычным резинам. Подобным же образом можно объяснить и высокое сопротивление раздиру.

Свойства при повышенных температурах зависят от стойкости поперечных связей, и поскольку вторичные химические связи легче распадаются при высоких температурах, можно ожидать, что показатели свойств полиуретанов ухудшаются с повышением температуры. И, наконец, при достаточно высокой нагрузке, направленной на преодоление полярного взаимодействия между цепями, материалы с относительно длинными изоцианатными поперечными связями дают более высокую остаточную деформацию, чем материал с менее длинными серными или перекисными связями. [1] 194-195 с.

В уретановых эластомерах легко достигаются высокие напряжения при деформации растяжения и сжатия без введения усиливающих наполнителей.

В динамических условиях испытания полиуретанов наблюдается падение напряжения при удлинении, т.е. жесткие полиуретановые сегменты ведут себя подобно активным наполнителям.

Уделяется внимание изучению структурных факторов, влияющих на усталостную прочность, механические потери и теплообразование полиуретанов.

При использовании в качестве удлинителя цепи ароматического диамина получают эластомеры с высоким сопротивлением раздиру, причем лучшие результаты достигаются в системах с отношением диамин: преполимер близким к 1. Отчасти это объясняется возникновением большого числа водородных связей, увеличивающих когезионную прочность полимера, что, однако, сопровождается ростом потерь.

В случаях, когда особенно важны физико-механические свойства эластомеров, следует отдать предпочтение литьевым полиуретанам, так как они превосходят в этом отношении вальцуемые, и термопластичные полиуретаны. Литьевые марки остаются непревзойдёнными в отношении остаточной деформации при сжатии и сохранения свойств при низких и высоких температурах. Термопласты, в свою очередь, превосходят вальцуемые материалы, особенно по сопротивлению раздиру и истиранию. По химической стойкости литьевые и термопластичные полиуретаны несколько выше вальцуемых, но разница эта очень невелика. Для всех полиуретанов характерен высокий уровень свойств, и упомянутыми различиями между отдельными марками можно пренебречь, когда речь идёт о сравнении полиуретанов как класса с другими эластомерами.

Однако, многие вопросы, связанные с динамической выносливостью уретановых эластомеров, еще не выяснены, и решение их возможно при глубоком исследовании структуры и особенно морфологии составляющих сегментов.

1.1.4 Сравнение свойств полиуретанов и резин на основе каучуков

Для полиуретанов характерно высокое сопротивление при разрыве и удлинение в сочетании с прекрасным сопротивлением раздиру и истиранию. Полиуретаны по этим свойствам превосходят другие эластомеры той же твердости, хотя несколько уступают по показателям остаточной деформации при сжатии и эластичности. Эти свойства меняются под действием некоторых факторов окружающей среды - температуры, присутствия различных жидкостей.

Эластичность по отскоку полиуретанов и других эластомерных материалов увеличивается с повышением температуры. При динамических нагрузках наблюдается выделение тепла, которое, в свою очередь, улучшает эластичность и уменьшает теплообразование.

Потеря энергии и соответствующее выделение тепла наблюдается в той или иной степени у всех эластомеров, а так как они плохо проводят тепло, температура может подниматься очень резко. Это может ограничивать их использование в условиях высоких динамических нагрузок; поэтому при разработке новых областей применения рекомендуется рассчитать теплообразование, наблюдающееся в конкретных условиях. Одно из преимуществ полиуретанов заключается в том, что благодаря их высокому модулю по сравнению с другими эластомерами изделия из них можно делать с более тонкими стенками. Это помогает решить и проблему теплообразования, так как тепло легче рассеивается. В условиях постоянной динамической нагрузки верхним температурным пределом эксплуатации большинства полиуретанов следует считать 80° С.

Сопротивление раздиру и истиранию. Наиболее известным свойством полиуретанов является износостойкость. Это свойство очень трудно оценить в лабораторных условиях, однако некоторое представление о степени износостойкости можно получить с помощью обычных испытаний на разрыв и стойкость к истиранию. Полиуретаны с твердостью того же порядка, что и у обычных эластомеров обладают высоким сопротивлением раздиру, но у полиуретанов с более высоким модулем этот показатель увеличивается в 2-3 раза. На основании серии опытов был сделан вывод, что при всех методах испытаний сопротивление раздиру увеличивается пропорционально твердости материала.

Абразивный износ, особенно у полиуретанов, в значительной мере зависит от выделения тепла на поверхности испытуемого образца. Степень нагревания поверхности определяется коэффициентом трения полиуретана относительной скоростью трущихся поверхностей и приложенной нагрузкой.

Фирма «Дюпон» в разработанной ею методике связывает сопротивление истиранию с энергией, рассеянной по испытываемой поверхности. Величина абразивного износа при трении мягких образцов, испытанных этим методом оказывается низкой, поскольку существенная часть энергии используется на преодоление трения.

Замечания, приведенные выше, касаются лишь испытаний сухих поверхностей; при испытаниях мокрых поверхностей вода, смачивая поверхности, снижает коэффициент трения; тепло, образующееся при трении, также легче рассеивается. Именно в таких условиях полиуретаны проявляют себя как весьма ценные материалы, поскольку присущий им абразивный износ не уменьшается из-за теплообразования.

Полиуретан с твердостью по Шору А 60 обнаружил очень низкие потери при истирании по сравнению с большинством других материалов. Как выяснилось, результаты испытания (по данной методике) зависят от эластичности опытного образца. Этим объясняются относительно хорошие результаты для каучука по сравнению с результатами, полученными для более твердых материалов. Испытания проводили с сухим песком; параллельные испытания с влажным песком. Результаты испытаний подтвердили повышение сопротивления к истиранию полиуретанов в таких условиях

Коэффициент трения. Фрикционные свойства полиуретановых эластомеров в основном соответствуют стандартным свойствам синтетического каучука, т.е. коэффициент трения равен приблизительно 0,2 для более жестких типов материала и до 2-3 для самых мягких. Высокое значение коэффициента трения для мягких материалов объясняется большой истинной площадью контакта. В процессе эксплуатации величина, характеризующая трение, во многом зависит от таких факторов, как чистота поверхности, естественная смазка частицами пыли, имеющимися в воздухе, частицами абразивов или следами жидкости. Коэффициент трения увеличивается с уменьшением твердости. Как и у других эластомеров, коэффициент трения меняется также в зависимости от температуры, достигая максимума около 60°С.

Коэффициент трения можно значительно снизить с помощью смазки, поэтому при использовании полиуретанов в качестве несущих поверхностей (подшипники) применяют масла или смазки. В случаях, когда наружные смазки нежелательны, в полиуретаны вводят добавки, придающие материалу свойства самосмазывания. Обычно для этой цели используют дисульфид молибдена, графит и силиконовые масла. Однако при использовании этих добавок следует соблюдать осторожность, так как в некоторых случаях они могут снизить стойкость материала к старению.

1.1.5 Области применения полиуретановых эластомеров

Полиуретановые эластомеры сейчас широко используются в самых различных областях промышленности. С развитием дальнейших исследований расширяется и сфера применения этих материалов.

Из всех свойств полиуретанов прежде всего бросается в глаза высокий модуль Юнга, который сочетается с большой твердостью и хорошей эластичностью. Из этого следует, что полиуретановые эластомеры выдерживают гораздо большие нагрузки, чем обычные эластомеры. Одновременно полиуретаны проявляют высокое сопротивление раздиру и истиранию, и оба эти свойства определяют высокую прочность этих материалов.

Кроме того, полиуретаны отличаются сравнительно хорошей стойкостью к маслам и прекрасной стойкостью к действию УФ-лучей. Рабочие температуры полиуретановых изделий лежат в диапазоне от -30 до 70-80^оС, эластичность при этом практически не меняется. Допускается периодическое повышение температуры до 100-110 ^оС, но не постоянная эксплуатация при этих температурах. Минус полиуретанов - это их ограниченная водостойкость. Какими бы ценными свойствами не обладал материал, широта его использования, определяется в значительной степени его стоимостью.

Применение полиуретанов может дать значительный выигрыш в стоимости, когда речь идет об учете таких факторов, как надёжность изделия, долговечность и отсутствие простоев оборудования, а не только чистой стоимости материала.

Итак, попробуем дать представление об основных областях применения полиуретановых эластомеров.

1) Массивные шины для внутризаводского транспорта рис. 1.

Рис. 1. Массивная полиуретановая шина

Полиуретановые шины, по сравнению с резиновыми или стальными обладают более высокой грузоподъемностью. Срок эксплуатации полиуретановых шин для грузовых машин даже при более высоких заметно выше, чем у массивных шин из натурального каучука. Это объясняется повышенным сопротивлением материала к порезам и истиранию. Хорошая стойкость полиуретанов к маслам несомненно удлиняет срок их службы по сравнению с шинами из натурального каучука. Полиуретановые шины испытывают значительно меньшее сопротивление качению, чем резиновые, в основном из-за различной твёрдости рассматриваемых материалов. На ручных тележках с шинами из полиуретана можно везти более тяжёлый груз, чем на тележках с резиновыми шинами. Скорость эксплуатации для массивных шин из полиуретана определяется действующей нагрузкой и может доходить до 100 и более км/ч.

2) Ролики.

В горнодобывающей промышленности и карьерных разработках для транспортировки угля широко используются ленточные конвейеры. В качестве катящего механизма используют стальные ролики, облицованные полиуретаном. Так же полиуретановые валки и ролики применяются во многих других областях промышленности.

3) Применение полиуретанов в автомобилестроении рис. 2.

Рис. 2. Рулевой механизм с полиуретановым вкладышем

Полиуретаны вытеснили резину и металл в ряде деталей, использующихся в современном автомобиле, и здесь главными преимуществами, которые привлекли конструкторов, оказалось высокое сопротивление полиуретанов к износу и истиранию в сочетании со стойкостью к маслам и топливу. Так детали из полиуретанов стоят дешевле. Из полиуретанов производят сальники шаровых опор, рычаги переключения передач и различные прокладки.

4) Прокладки и уплотнения рис. 3.

Рис. 3. Повторная диафрагма из полиуретана (плавающая крышка поршня-плунжера поддерживает постоянную разность давлений)

Полиуретаны широко используются для изготовления прокладок и уплотнений самого разного назначения, такие как: пневматические и гидравлические уплотнения, различные клапаны и т.д.

5) Штамповка металлов рис. 4.

Рис. 4. Формование листового металла с помощью полиуретановых штампов

В металлообрабатывающей промышленности натуральный каучук довольно долгое время использовался для гибки, вытяжки и формовки листового металла. Большая твёрдость, высокое сопротивлении раздиру и порезам, стойкость к маслам полиуретановых эластомеров позволили заменить ими натуральный каучук. Их используют при гибке, формовке, вытяжке металлов, пробивке отверстий и вырубки металлов.

6) Общее машиностроение рис. 5.

Рис. 5. Детали из полиуретанов, используемые в оборудовании для изготовления обуви

Полиуретановые эластомеры применяются в авиационной промышленности для защиты поверхностей пропеллеров и фюзеляжа. В текстильной промышленности они применяются для изготовления гонков ткацких станков. В обувной промышленности они применяются для набоек каблуков дамской обуви и т.д.

2. Объекты и методы исследования

2.1 Основные сведения о полиуретане

Композиции для реакционного формования полиуретанов, содержащие стабильные и нестабильные форполимеры и удлинители цепи (отвердители), известны около 30 лет. Первыми до сих пор применяемыми из них являются АдипренЛ («Du Pont», США) и Вулколлан («Вауег», ФРГ). В России близкие к ним литьевые полиуретаны выпускаются под марками СКУ-ПФЛ и СКУ-7Л.

Образование монолитных полиуретанов, по форполимерной схеме 1 включает стадии получения и отверждения форполимера.

Форполимер получают по следующей схеме:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Где R-Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

R₁ -

Важнейшими технологическими параметрами форполимеров являются содержание изоцианатных групп и стабильность. Содержание изоцианатных групп варьируют путем изменения молекулярной массы исходного олигодиола; обычно оно находится в пределах 3-10% (мас). Чем выше содержание изоцианатных групп в форполимере, тем меньше длина эластичного блока и больше содержание жестких блоков в образующемся на основе данного форполимера эластомере.

Стабильность форполимера зависит от природы олигомера, диизоцианата и условий хранения. Наиболее стабильны форполимеры из простого олигоэфира или олигодиена и 2,4 - толуилен-диизоцианата (2,4 - ТДИ), наименее - из сложного полиэфира и 1,5 - нафтилендиизоцианата (1,5 - НДИ) или 4,4'-дифенилметанди-изоцианата (4,4'-МДИ). Из-за наличия в молекуле форполимера изоцианатных и уретановых групп любой форполимер является потенциально нестабильным. При высокой температуре он способен разветвляться и даже структурироваться в результате реакции аллофанатообразования, а на воздухе без нагревания отверждаться под действием атмосферной влаги. Однако в герметично закрытой таре форполимеры на основе простых полиэфиров или олигодиенов и ТДИ способны храниться длительное время (месяцы и даже годы).

Отверждение форполимера происходит с образованием полиуретана по следующей схеме:

,

где

,

Избыток макродиизоцианата, невошедшего в реакцию, вызывает сшивание цепей. При таком сшивании макродиизоционат присоединяется по предварительно образовавшимся мочевинным связям, которые достаточно реакционноспособны по отношению к диизоционатным группам. В результате этого в сшитых каучуках появляется еще один тип связей - биуретовых.



Сшитый полиуретан может быть также получен при использовании 5-10%-го избытка изоцианатных групп по сравнению со стехиометрическим за счет образования аллофанатных или биуретовых узлов разветвления при температуре 100-120 °С. Отверждение форполимера при 80 °С приводит к образованию сегментированного полиуретана с высоким сопротивлением многократной деформации. Форполимер, отвержденный при 140°С, представляет собой типичный сшитый полиуретан.

Вопрос о необходимости химического сшивания уретановых эластомеров неоднозначен. Химическое сшивание не является (в отличие от традиционных вулканизатов) обязательным условием формирования комплекса требуемых свойств уретановых эластомеров, где его роль и одновременно функцию активного наполнителя выполняет жесткая фаза, сформированная из уретанмочевинных блоков. Более того, часто химическое сшивание играет негативную роль, препятствуя образованию межмолекулярных и прежде всего водородных связей, благодаря которым в основном и формируется комплекс уникальных свойств уретановых эластомеров. Сшивание необходимо, вероятно, в тех случаях, когда изделие эксплуатируется при больших статических нагрузках и повышенных температурах и есть опасность необратимого течения эластомера под нагрузкой.

Наиболее распространенными отверждающими агентами для уретановых форполимеров являются метиленбис-о-хлоранилин - МОКА (отечественный аналог диамет X) и 1,4 - бутандиол. МОКА применяют для отверждения изоцианатных форполимеров с момента их появления. МОКА плавится при 105°С и соответственно перерабатывается при 110-120 °С.

2.2 Оборудование

полиуретан каучук инвалидный производство

2.2.1 Литьевая машина Л015

Для реакционного формования полиуретановых изделий для инвалидных колясок используется литьевая машина низкого давления Л015 (конструкции НИИШП), которая состоит из двух емкостей с мешалками, системы дозированной подачи компонентов в зону смешения на базе шестеренных насосов и смесительной головки со штырьевой мешалкой (рис. 6).

Краткая техническая характеристика литьевой машины Л015:

производительность, л/мин - 2,0;

регулируемое число оборотов ротора смесительной головки, об/мин - 100-15000;

полный объем емкостей для сырья:

форполимер - 15 л

Куралон М - 10 л;

нагрев компонентов - электрический;

дозирующие насосы (тип):

на линии форполимера - НШ-20К5

на линии Куралона М - НШ-10К5;

рабочая температура в емкостях, °С:

форполимера - 70

Куралона М - 110.

Для производства изделий для покрышек инвалидных колясок форполимера берут в 4-5 раз больше, чем отвердителя (Куралона М), а количество отвердителя определяют исходя из количества NCO групп.

Для предварительного подогрева сырья (форполимеров, олигомерных диолов), находящихся в транспортных (бочки) или промежуточных складских (алюминиевые фляги, полиэтиленовые канистры и др.) емкостях используются передвижные или стационарные термошкафы.

Термостат передвижной предназначен для разогрева сырья в транспортных (промежуточных) емкостях и представляет собой теплоизолированный шкаф, установленный на колесах. Передняя стенка шкафа и его верхняя крышка открываются, что обеспечивает возможность загрузки емкостей как сверху (например кран-балкой), так и с боковой стороны. Для облегчения перемещения транспортных емкостей внутри шкафа и при боковой загрузке и выгрузке дно шкафа представляет собой рольганг. Внутри шкафа на боковых стенках и под полом размещены трубчатые электронагреватели. На задней стенке с внешней стороны размещен пульт управления.

Перед началом работы литьевой машины производится загрузка в расходную емкость (через загрузочное отверстие в крышке) предварительно разогретого до 40-50 °С форполимера из промежуточной емкости (канистры) в количестве, не превышающем 10 л.

Куралон М нагревают в течении 60 минут при 110-115⁰С.

Перед началом вулканизации дегазируют форполимер и Куралон М. Для форполимера создают давление и включают мешалку (частота вращения 50-70 об/мин). Для Куралона М включают мешалку с частотой вращения 15-20 об/мин.

Вулканизация протекает в течении 2-3 минут. За это время материал густеет (его вязкость увеличивается). Через 30 минут его извлекают из пресс-формы (за это время полиуретановое изделие окончательно принимает форму) и не менее чем на 8 часов при температуре 110-120⁰С помещают термошкаф.

2.2.2 Схема пресс-формы

Подготовка формы заключается в ее очистке от остатков полиуретана предыдущих вулканизаций. Очистка литьевой формы может осуществляться струей сжатого воздуха, волосяной щеткой или текстильными концами, смоченными в растворителе (бензин, ацетон и др.).

Заполнение литьевых форм реакционной композицией совмещено с процессом ее изготовления в режиме непрерывного смешения в проточной смесительной головке.

Непосредственно перед заливкой разогретая до заданной температуры литьевая форма транспортируется к литьевой машине. Формы устанавливаются на литьевой стол в положении, удобном для заливки.

После отверждения полиуретанового массива изделий в форме производится выемка формы из термошкафа и ее охлаждение до температуры 40-50 град. С, при которой допустима ручная разборка форм.

3. Результаты и обсуждения

В современных шинах наполнителем каучука является сажа (технический углерод), т.е. один из сильнейших канцерогенов. Во время эксплуатации шины протектор, стираясь, выбрасывает в воздух мелкодисперсную резиновую пыль, опасный для здоровья человека канцероген.

В составе олигомерных полиуретановых шин:

отсутствуют сажа, являющаяся канцерогеном;

отсутствуют ароматические масла, вызывающие аллергические реакции;

есть возможность полной переработки, переплавленные отработанные шины станут материалом для создания нового комплекта;

решение одной из проблем экологической безопасности путем полной утилизации.

Неблагоприятные экологические последствия, возникающие в течение жизненного цикла обычных шин, распределяются следующим образом:

75,2% - расход результат сгорания моторного топлива за время эксплуатации;

10,8% - резиновая крошка, выделяющаяся в окружающую среду;

11,7% - производство сырья и шин;

2,0% - вывод из эксплуатации;

0,3% - транспортные перевозки.

При использовании полиуретановых шин экологическая безопасность

экономится 8% топлива;

увеличивается на 32,5%:

отсутствует резиновая крошка при стирании протектора;

отсутствуют выбросы при производстве;

отсутствуют проблемы утилизации.

Преимущества полиуретановой шины перед традиционной:

снижение потребления горючего на 8%

масса шины меньше на 15-20%

износостойкость выше на 40-50% в связи с меньшей массой

сопротивление качению выше на 30%

в 3 раза снижена энергоемкость производства

трудоемкость в 1,5 раза

в 2-3 раза сокращены производственные площади.

Все испытания проводятся в испытательно-сертификационном центре НИИШП на стендах фирмы «Хазбах» (Германия).

Если автомобильная промышленность перейдет на эти шины, то мы избавим атмосферу от канцерогенной пыли.

Таблица 1. Сравнение физико-механических показателей полиуретановых эластомеров и резин

Наименование показателя	Значение
	ПФОП15У	Адипрен Л-167 (СКУ-ПФЛ-100)	Протекторная резина
1. Условное напряжение при удлинении 300%, МПа, не менее	123	20	8,5
2. Условная прочность при растяжении, МПа, не менее	268	45	21,3
3. Относительное удлинение при разрыве, %, не менее	600	450	530
4. Сопротивление раздиру, кН/м, не менее	53	70	81
5. Твердость по Шору А, ед	67	93+1	61

Выводы

В данном проекте освоена технология производства полиуретановых изделий для шин инвалидных колясок.

Выявлены плюсы этих изделий:

1. Безопасность эксплуатационная (безаварийность (сохранение работоспособности при падении давления), управляемость, курсовая устойчивость при повышенных скоростях, хорошие тормозные свойства и сцепление с дорогой на сухом, мокром и заснеженном покрытиях, отсутствие аквапланирования).

2. Безопасность экологическая (при производстве, эксплуатации и утилизации шин).

3. Комфортабельность шин из полиуретана (снижение внешнего шума и вибрации, устойчивость при высоких скоростях).

4. Экономичность (топливная, высокий ресурс, хорошая ремонтопригодность, возможность исключения запасной шины).

Список литературы

1. Райт П., Камминг А. Полиуретановые эластомеры, Пер. с англ. под ред. Апухтиной А.П., Л.: «Химия», 1973, 304 с.

2. http://www.newchemistry.ru/ («колесо» прогресса).

3. Ю.С. Липатов, Ю.Ю. Керча, Л.М. Сергеева Структура и свойства полиуретанов, «Наукова думка», 1970, 279 с.

4. http://xumuk.ru/ (полиуретановые эластомеры)

5. http://www.wikipedia.org/ (полиуретан)

6. Ю.О. Аверко-Антонович, Р.Я. Омельченко, Н.А. Охотина, Ю.Р. Эбич Технология резиновых изделий: Учеб. Пособие для вузов, Ленинград «Химия», 1991, 350 с.

Размещено на Allbest.ru