2.2. Полистирол и его свойства

2.2.1. Основные свойства полистирола

Исходным продуктом для получения полистирола является стирол, который имеет структурную формулу СбН5СН=СН2. Мо­лекулярная масса стирола 104,15; плотность 0,906; температура плавления -30,63 0C; температура кипения +145,2 °С. Стирол труд­но растворим в воде, но хорошо растворяется в этиловом эфире, этиловом и метиловом спиртах, ацетоне. Полистирол для вспени­вания получают суспензионной полимеризацией стирола. Сущ­ность метода состоит в том, что мономер диспергируют в воде пу­тем механического перемешивания со стабилизатором, предот­вращающим коалесценцию частиц, с последующей полимеризаци­ей и образованием капель полимера. Полимеризацию проводят в присутствии порообразователя, инициатора, эмульгатора и ста­билизатора, которым является сополимер метилметакрилата и метакрилатовой кислоты. Для придания полимеру негорючести в автоклав перед полимеризацией вводят 3-5 % антипиренов, в ка­честве которых используются различные бром – и хлорсодержащие органические соединения. Полимеризация происходит при темпе­ратуре 70 0C и давлении 0,35 МПа в течение 18-20 ч. Образую­щийся полимер в виде бисерного порошка в водном растворе по­сле отстаивания в течение 30 мин всплывает на поверхность, и его легко отделяют от дисперсионной среды. После промывания в во­де и сушки гранулы полистирола подвергаются классификации и затем упаковываются в полиэтиленовые мешки массой по 15-20 кг или в металлические бочки с герметично закрывающейся крышкой массой по 200 кг. В качестве эмульгатора применяется 10% рас­твор поливинилового спирта в воде, инициатором служит 5% рас­твор порофора 4X3-57 в спирте. В качестве порообразователей применяются высокомолекулярные углеводородные соединения с низкой температурой кипения, например изопентан (Тк = 27,9 0C) или пентан (Tk = 36,7 0C). В процессе полимеризации для придания требуемых технологических свойств добавляются соответствую­щие ингредиенты, например дикумил.

Полистирол для вспенивания получают также суспензионной полимеризацией стирола в водной среде с добавкой в реактор по­рообразователя в конце процесса. В реактор первоначально загру­жается смесь следующего состава, масс. %: стирол — 100; перок – сид бензоила — 0,23; «-бутилпербензоат — 0,1; вода — 108;

Na4P207 — 0,05 и оксиэтилцеллюлоза — 0,15. Полимеризация про­изводится в реакторе ступенчато, с изменением температуры от 92 до 115 0C и давления от 0,44 до 5,6 МПа. Полученный бисер поли­стирола промывают в проточной воде, сушат, классифицируют и упаковывают в полиэтиленовые мешки или металлические бочки. Полистирол содержит не более 0,2 % стирола, 0,32 % влаги и око­ло 6 % порообразователя [11].

Полистирол относится к карбоцепным предельным углеводо­родным соединениям, которые имеют линейную структуру, т. е. полимеризуются по принципу «голова» к «хвосту», причем дан­ный порядок соблюдается по всей длине цепи полимера [24]. Про­цесс полимеризации происходит по радикальному механизму за счет активации одной из четырех связей углерода по схеме:

TOC \o "1-3" \h \z I – I – I _)_ I w

C6H5 C6H5 … C6H5

—CH-CH2-CH-CH2— —^ I I

C6H5 C6H5

CH-CH2- I

C6H5

В результате образуется полистирол, который имеет следую­щую структурную формулу:

•СН—СН2+СН—CH2- I I

П

0 81 239

Температура, 0C

Рис. 2.1. Изменение агрегатного состояния полистирола в зависимости от температуры

Длина цепи полимера зависит от технологии полимеризации стирола и составляет от 30 до 70 тыс. звеньев. Каждый атом угле­рода в полимерной цепи соединен поочередно с двумя атомами водорода и одним атомом углерода бензольного кольца, двумя другими связями — с соседними атомами углерода. Все атомы уг­лерода в полимерной цепи образуют по четыре ст-связи, причем крайние атомы углерода имеют три о-связи и одну тс-связь, кото­рая энергетически менее прочная, чем ст-связь. Атомы углерода в бензольном кольце соединяются с водородом и двумя ст-связями с соседними атомами углерода. Кроме того, два атома углерода попарно образуют в бензольном кольце три ст-связи. Расстояние между атомами углерода в бензольном кольце составляет 1,397 А с энергией связи 116,4 ккал/моль. Длина связи между углеродом и водородом в бензольном кольце равна 1,084 А с энергией связи 100,7 ккал/моль. Энергия я-связи в бензольном кольце около 50 ккал/моль. Расстояние между атомами углерода в главной цепи составляет 1,516 А с энергией связи 83,8 ккал/моль, а между угле­родом и водородом в главной цепи расстояние 1,07-1,06 А с энер­гией связи 96,7-99,4 ккал/моль. Полистирол может быть выражен химической формулой (CgHg)jr, где х — количество мономера в по­лимерной цепи. Теоретически полистирол содержит 92 масс. % углерода и 8 масс. % водорода, однако фактически в его составе присутствуют сера, азот, кислород. Химический анализ полисти­рола марки Экспорит показал, что он содержит, масс. %: 90,49 С; 8,0 H2; 0,18 N и 1,2 O2. Полистирол при нормальной температуре представляет собой твердое аморфное стекловидное тело, которое при 80 0C переходит в эластичное состояние и начинает плавиться при 239 0C. Теплота плавления полистирола AHn = 2000 ккал/моль, а энтропия ASn = 3,9 ккал/(моль • град.).

На рис. 2.1 представлена деформация полистирола в зависимо­сти от температуры, согласно которой полистирол до температуры 81 0C находится в стеклообразном твердом состоянии, в интервале температур 81-239 0C — в высокоэластическом состоянии, а при температуре выше 239 0C полистирол переходит в вязкотекучее жидкое состояние. При температуре выше 300-320 0C начинается необратимая деполимеризация полистирола, и при температуре выше 575 0C он горит на воздухе сильно коптящим пламенем [6, 12]. При производстве газифицируемых моделей применяется двухстадий – ная тепловая переработка суспензионного вспенивающегося поли­стирола. На первой стадии гранулы полистирола определенной фрак­ции подвергаются тепловой обработке при температурах 97-105 0C. Для вспенивания 1 кг полистирола требуется расходовать 0,3-0,5 кг пара. При этих температурах полистирол переходит в высокоэла­стическое состояние, а порообразователь — в газообразное, создавая давление в замкнутых ячейках гранул полистирола, под действием которого гранулы расширяются, увеличиваясь в объеме в 30-50 раз; насыпная масса гранул полистирола при этом снижается с 640 до 18-25 кг/м3. При последующем охлаждении полистирол переходит в твердое стеклообразное состояние, фиксируя при этом конечное состояние гранул. При дальнейшем снижении температуры ниже температуры кипения порообразователя последний конденсируется в порах вспененных гранул полистирола. Получение технологиче­ски необходимой объемной массы пенополистирола зависит от качества исходного материала, температуры, вида, расхода тепло­носителя и времени тепловой обработки. При температуре тепло­носителя выше 105 0C процесс вспенивания гранул полистирола ускоряется, но появляется опасность выхода паров порообразова­теля из гранул полистирола и их усадки. При нормальных режимах вспенивания теряется 1,0-2,0 % исходного порообразователя. При длительной выдержке гранул в теплоносителе при 97-105 0C про­исходит потеря пентана, что приводит к усадке гранул (рис. 2.2). Перевспененные гранулы теряют свою активность и непригодны к дальнейшей переработке в модели.

D = 2,5 мм

1 320

O

240

160

80

Of = 1,5 мм

60 120 180 240

Время, с

Рис. 2.2. Зависимость объема вспененных гранул от температуры

Ю

95 0C

0

1S 400

При нормальных условиях гранулы пенополистирола состоят из трех фаз: твердой — полистирол, жидкой — порообразователь и вода и газообразной — пары порообразователя и воздух. В иде­альном случае поры гранул разделены между собой перегородка­ми, толщина и прочность которых зависят от сил поверхностного натяжения, вязкости и механической прочности полистирола. Диа­метр микроячеек при нормальном вспенивании полистирола со­ставляет 40-150 мкм при средней толщине стенок 5-10 мкм (рис. 2.3). Наряду с закрытыми ячейками присутствуют и откры­тые (около 5 %). Так, при объемной массе пенополистирола марки ПСБ-А 20 кг/м3 процентное соотношение между открытыми, за­крытыми ячейками и стенками из полистирола составляет 95,8 : 2,8 : 1,4. Для пенополистирола марки Фриголит это соотно­шение составляет 95,8 : 3,1 : 1,2 [5].

На второй стадии вспененные гранулы полистирола помещают­ся в пресс-форму, при нагревании которой в интервале температур 110-120 0C происходит вторичное расширение гранул под дейст­вием паров порообразователя и их спекание с образованием еди­ной ячеистой однородной массы, состояние которой фиксируется охлаждением пресс-формы до температуры ниже 80 0C.

Рис. 2.3. Ячеистая структура вспененного полистирола

На качество модели из вспененного полистирола существенное влияние оказывают содержание мономера, количество порообра­зователя в гранулах, относительная вязкость полистирола, насып­ная масса гранул и их размер [5,6, 13].

Мономер-стирол содержится в полистироле в результате не­полной полимеризации стирола, и его содержание в конечном продукте определяется химическим путем. Остаточный стирол влияет на режим вспенивания гранул и формирование модели при спекании пенополистирола в пресс-форме. Он обладает пластифи­цирующими свойствами, но при содержании более 0,5 % вызывает слипание гранул на стадии предварительного вспенивания, и по­этому необходимо снижать его содержание до 0,1-0,3 %.

На скорость вспенивания полистирола, его структуру и механи­ческие свойства оказывает влияние количество, распределение

И молекулярная структура порообразователя. При вспенивании гранул полистирола 1,0-2 % порообразователя улетучивается, дру­гая часть остается в гранулах в виде конденсата и паров. При по­вышенном содержании порообразователя в гранулах пенополи­стирола может произойти деформация модели при ее извлечении из пресс-формы с образованием трещин. При низком остаточном содержании порообразователя в пенополистироле нарушается про­цесс спекания модели в пресс-форме. Поверхность модели имеет явно выраженную ячеистую структуру, при этом значительно снижается ее механическая прочность. Содержание порообразова­теля в полистироле обычно не превышает 5-6 %, однако с целью активизации мелких гранул для получения тонкостенных моделей количество порообразователя в исходном полистироле повышают до 9 %. Молекулярная масса полистирола определяет его механи­ческие и теплофизические свойства и оказывает существенное влияние на режимы его тепловой переработки. Чем выше молеку­лярная масса полистирола, тем выше термовременные режимы его тепловой переработки, при этом повышается его механическая прочность и теплостойкость. В табл. 2.4 приведены физико- химические свойства различных марок полистирола, применяемого для изготовления моделей.

Таблица 2.4

Физико-химические свойства вспенивающегося полистирола

Марка полистирола, страна-изготовитель

Содержание мономера, %

Молекулярная масса

Cmuponopy Германия

0,15

50 000

Умопор, Чехословакия

0,25

40 000

Польша

0,25

50 000

Япония

0,05-0,15

70 000

Швейцария

0,05-0,15

80 000

ПСБ-А, Россия

0,1-0,25

35 000

Насыпная масса вспененного полистирола определяет конеч­ную объемную плотность модели. Существует оптимальный ре­жим вспенивания гранул полистирола и окончательного спекания модели в пресс-форме, которые регламентируются не только объ­емной массой модели, но и качеством ее поверхности. На качество модели оказывает существенное влияние скорость набора темпе­ратуры в автоклаве или, другими словами, расход пара. На спека­ние 1 кг модели расходуется от 4 до 40 кг пара. Парогенератор должен обеспечить постоянный расход 1 кг пара в минуту при его температуре 110-120 0C. При нормальном режиме спекания моде­ли теряется всего 1,5-2 % пентана. Если не обеспечить необходи­мый расход пара, то время формирования модели увеличится, что приведет к избыточной потере пентана и ухудшению качества мо­дели. Режимы переработки вспенивающегося полистирола опре­деляются экспериментально для каждой партии, поступающей от изготовителя.

Для изготовления моделей в России используются различные марки литейного и строительного полистирола. В качестве литей­ного полистирола применяются полистирол для вспенивания ма­рок ПСВ-Л и ПСВ-ГМ, основные свойства которых представлены в табл. 2.5 и 2.6. Полистирол марки ПСВ-Л1 имеет повышенную прочность и скорость газификации, ПСВ-Л 1С — повышенную пластичность и меньшее выделение сажи. Для повышения скоро­сти газификации в полистирол при его полимеризации вводят 0,5-0,75 % дикумила, который является радикалообразующим ин­гредиентом. Для уменьшения выделения сажи используется анти­пирины, которые также вводятся в полистирол в процессе его по­лимеризации.

Полистирол ПСВ-ГМ отличается от ПСВ-Л более равномерным гранулометрическим составом, однако наличие гранул большего раз­мера, регламентируемого в ТУ в количестве 6-9 %, требует рассева гранул, особенно при машинном способе изготовления моделей.

Из строительных марок полистирола могут использоваться для изготовления моделей ПСВ-65С и ПСВ-55С, свойства которых представлены в табл. 2.7.

Таблица 2.5

Свойства суспензионного полистирола ПСВ-Л (ОСТ-301-05-202-92Е)

Показатели

ПСВ-Л 1

ПСВ-Л 1С

А

Б

А

Б

Внешний вид

Полупрозрачные

Белые непрозрачные

Окончание табл. 2.5

Показатели

ПСВ-Л1

ПСВ-Л 1С

А

Б

А

Б

Содержание остаточного моно­мера, %, не менее

0,3

Содержание порообразователя, %, не менее

5,5-6,6

5,5-6,5

5,0

Относительная вязкость в 1,0% растворе бензола, не менее

1,8

1,7

Гранулометрический состав, % остатка после просеивания на сите с сеткой : № 5, не менее № 2, 5, не более № 2, 5, не менее

70 10

80

70 10

80

Насыпная масса вспененных гра­нул, г/л, не более

20

30

Слипаемость гранул по классам 0, 1,2,3

0-1

Скорость газификации при теп­ловом ударе (900 °С), г/с, не менее

9,0 • IO 3

Скорость плавления при тепло­вом ударе (900 °С), см/с, не менее

2

1,6

Содержание активного кислоро­да, %, не менее

0,03

Изготовление газифицируемых моделей в единичном произ­водстве осуществляется механической обработкой из пенополи – стироловых плит, получаемых как из литейных, так и из строи­тельных марок суспензионного полистирола для вспенивания. В табл. 2.8 представлены свойства пенополистирола в плитах из различных марок вспенивающегося полистирола. В соответствии с ГОСТ 15588-70 плиты из пенополистирола выпускаются сле­дующих размеров:

Длина, мм — 900, 1000, 2000, 3000;

Ширина, мм — 800,1000;

Толщина, мм — 10, 25, 50, 100, 120, 150, 200.

Свойства строительного полистирола для вспенивания (ТУ 6-05-1905-81)

Свойства суспензионного полистирола ПСВ-ГМ (ТУ 1416-211-002-03-521-93)

Показатели

Норма для марок

ПСВ- ГМ409

ПСВ- ГМ406

Псв-

ГМ404

Диаметр гранул основной фрак­ции, MM

0,8-1,6

0,63-0,8

0,4-0,63

Содержание основной фракции, %

94

91

Массовая доля порообразователя в течение гарантийного срока, %, не менее

5,4

5,2

5,0

Массовая доля остаточного моно­мера, %, не более

0,2

Относительная вязкость, не менее

1,8

Кажущаяся плотность пенополи­стирола, кг/м3, не более

25

30

35

Разрушающее напряжение при статическом изгибе, кгс/см2 (МПа), не менее

1,8 (0,18)

2,2 (0,22)

Таблица 2.7

Показатели

ПСВ-65С

ПСВ-55С

B. C.

С. С.

B. C.

С. С.

Массовая доля воды, %, не более

1,0

Относительная вязкость

1,8

Количество порообразователя, %, не менее

5,0

Гранулометрический состав, средний диаметр гранул, мм

1,0-1,6

0,5-1,0

Объемная плотность, кг/м3

18-22

18-25

22-26

26-30

Предел прочности при статиче­ском изгибе, кгс/см2, не менее

1,95

2,4

Основные свойства плит из пенополистирола

Показатели

ПСБ-А

KP – 2255 (ФРГ)

ПСВ-JIl

Экспорит

Содержание остаточно­го мономера, %

0,25

0,15

0,1-0,19

0,2

Содержание порообра­зователя, %

4,5

6,0

5,5-6,5

5,5-6,0

Относительная вязкость

1,6

1,8

1,6-2,1

1,89

Объемная масса, кг/м3

20

20

20

20

Предел прочности на сжатие при 10% дефор­мации, кгс/см2

1,3-1,5

0,9-1,1

1,18-1,5

То же при статическом изгибе

1,9-1,5

1,6

2,0

3,0-3,5

Скорость газификации, (г/с) ¦ IO3, при 900 0C

5,77-7,0

8,2

9,4-9,7

Скорость плавления, см/с, при 900 0C

2,2-2,3

2,1-2,8

2,05-2,5

Допускается отклонение от указанных размеров по длине и ши­рине не более ± 5 мм. К плитам из пенополистирола, применяемым для изготовления моделей, предъявляются следующие требования:

• плиты должны иметь правильную прямоугольную форму, от­клонение от прямого угла не должно превышать 3 мм на длине 500 мм по грани плиты;

• в плитах допускается притупленность ребер и углов на глу­бину не более 10 мм от вершины прямого угла и скосы по сторонам притупления углов длиной не более 80 мм;

• на поверхности плиты не допускаются впадины, царапины и выпуклости глубиной более 5 мм, общая их площадь не должна превышать 2 % площади плиты;

• инородные включения в плитах не допускаются;

• структура плиты должна быть однородной, мелкоячеистой, без включений невспененных гранул.

2.2.2. Определение основных свойств пенополистирола

Полистирол, применяемый для изготовления газифицируемых моделей, должен подвергаться контролю как со стороны постав­щика, так и со стороны потребителя. Особенно важно вести кон­троль по мере его переработки с учетом срока поставки и хране­ния, т. к. свойства полистирола со временем изменяются в основ­ном за счет уменьшения содержания порообразователя. Контроль качества полистирола следует производить по методикам, изло­женным в ТУ, а также по специально разработанным нормативам для определения его технологических свойств как литейного мате­риала для производства отливок [5, 6].

Содержание влаги в исходных гранулах полистирола определя­ется следующим образом. В буксу, предварительно высушенную и взвешенную с точностью до 0,0002 г, помещается полистирол в гранулах, масса которого определяется с аналогичной точно­стью. Открытую буксу с навеской помещают в сушильный шкаф и выдерживают в течение 4 ч при температуре (32 ± 2) °С, а затем помещают в эксикатор на 13-20 мин, после чего буксу взвеши­вают с точностью до 0,0002 г. Содержание влаги определяется по формуле

П

Где Gn и Gnc — масса полистирола до и после сушки соответст­венно.

За результат берут среднее арифметическое двух параллельных измерений влажности при допустимой разности между двумя определениями не выше 0,1 %. Содержание влаги не должно пре­вышать 5 %, т. к. более высокая влажность исходного полистирола затрудняет рассев гранул и заполнение ими пресс-формы.

Гранулометрический состав полистирола имеет важное значе­ние для получения моделей с качественной поверхностью. Для из­готовления тонкостенных моделей сложной конфигурации исполь­зуется полистирол с размером гранул 0,3-0,5 мм, однако при этом желательно иметь более узкий интервал. В технических условиях на поставку полистирола для получения моделей гранулометриче­ский состав строго лимитируется. Определяется гранулометриче­ский состав путем отбора навески массой 50 г из хорошо переме­шанной партии полистирола. Проба подвергается сушке и затем помещается в стандартный ситовой прибор модели 029, на кото­ром просеивается в течение 15 мин. Взвешиванием остатков на ситах с точностью до 0,01 г определяют гранулометрический со­став по формуле

X = – IOO,,

Q)

Где X — остаток на соответствующем сите, %; Qi — масса поли­стирола на соответствующем сите, г; Q0— масса навески, г.

По сумме трех измерений определяется гранулометрический состав полистирола.

Насыпная масса пенополистирола имеет важное значение для получения моделей необходимой объемной плотности с качест­венной поверхностью. Она зависит как от первичных свойств по­листирола, так и от режимов его тепловой переработки. Методика определения насыпной массы состоит в следующем. Навеска по­листирола массой 60-90 г помещается на противень с сетчатым днищем из капроновой ткани, который затем помещается в авто­клав, где выдерживается определенное время при температуре (100 ± 2) 0C. Вспененные гранулы сушат и выдерживают не менее 4 ч, а затем помещают в предварительно взвешенный с точностью до 0,01 г цилиндр (ГОСТ 1770-64) емкостью 100 мл. Пенополи – стирол уплотняют путем постукивания по цилиндру, после чего снова взвешивают с точностью до 0,01 г. Насыпная масса X (г/л) определяется по формуле

Где Wi — масса пустого цилиндра, г; т — масса цилиндра со вспе­ненными гранулами, г.

Насыпная объемная масса пенополистирола зависит от времени вспенивания, с увеличением которого она первоначально умень­шается, а затем растет. Рост насыпной массы связан с усадкой (пе­ревспениванием) гранул, которая происходит вследствие разрыва межпоровых перемычек и выхода паров порообразователя из гра­нул. Минимальная насыпная масса соответствует началу ее роста при увеличении времени вспенивания гранул, что видно из графи­ков, приведенных на рис. 2.4.

54 50 46 42 38 34 30 26 22 18 14 10 6

Рис. 2.4. Зависимость насыпной массы вспененного полистирола от времени вспенивания

4 6 8 10 12 14 16 Время вспенивания, мин

Механические свойства пенополистирола определяются на спе­циально подготовленных образцах. Первоначально получают вы­шеописанным способом пенополистирол с насыпной массой 20 г/л, затем гранулами заполняют полость алюминиевой пресс – формы с внутренними размерами 300х 160×50 мм. Съемная крыш­ка и стенки пресс-формы закрепляются откидными болтами. Тол­щина стенок пресс-формы 5 мм. Стенки пресс-формы перфориро­ваны отверстиями диаметром 1,0 мм с шагом 1,0 см. Пресс-форму с гранулами помещают в автоклав и выдерживают при температу­ре 105-110 0C в течение 15-17 мин. Отсчет времени производится от начала подачи пара в автоклав до момента извлечения из него пресс-формы, которая затем охлаждается до температуры 40 0C. После охлаждения пресс-форма разбирается, и полученный обра­зец извлекается. Образец сушится при температуре 40-60 0C в течение 4 ч, затем определяется его объемная масса. Из получен­ной пластины вырезаются образцы для испытания на сжатие (раз­мером 50 х 50 х 50 мм) и на изгиб (размером 130 х 40 х 40 мм).

Предел прочности при сжатии стсж (кгс/см2) определяется при 10% деформации образца по формуле

P

Где P — нагрузка при 10% деформации, кг; S — площадь образца, см2.

Предел прочности при изгибе определяется при плавном на – гружении со скоростью не более 50 мм/мин. Образец устанавлива­ется между двумя опорами, расстояние между которыми 120 мм. Края опор и наконечника, передающего усилие, должны быть за­круглены радиусом 8 мм. Образец перед испытанием обмеривает­ся с погрешностью не более 0,5 мм. Предел прочности при стати­ческом изгибе Gm (кгс/см2) определяется по формуле

_ 3 Pl СТиз ~ Ibh2′

Где jP — разрушающая нагрузка, кг; / — расстояние между опора­ми, см; h — толщина образца, см; Ъ — ширина образца, см.

Предел прочности при изгибе определяется как среднее значе­ние из пяти испытаний.

Твердость поверхности образца из пенополистирола определя­ется твердомером 071 как среднее значение по пяти точкам замера. Твердость поверхности моделей из пенополистирола зависит от размера вспененных гранул и объемной массы образца. .

Относительная вязкость полистирола характеризует его моле­кулярную массу. Для ее определения берется навеска полистирола массой 0,5 г с точностью до 0,0002 г, которая затем растворяется в 50 мл бензола (ГОСТ 8448-61). Относительная вязкость опреде­ляется по вискозиметру Освальда — Пишкевича с диаметром ка­пилляра 0,6 мм. В широкую трубку вискозиметра вводят 15 мл раствора и погружают его в водный или масляный термостат при температуре (20 ±0,5) 0C на 10 мин. Затем раствор из широкой трубки переливают во второе колено вискозиметра. Время истече­ния раствора от верхней до нижней метки фиксируется секундо­мером. В той же последовательности определяется истечение чис­того бензола. Относительная вязкость рассчитывается по формуле где Ti — продолжительность истечения 1,0% раствора полисти­рола в бензоле, с; T2 — продолжительность истечения чистого бен­зола, с.

Молекулярная масса полистирола определяется по формуле Штаудиндера

M = – C, К

Где г| — относительная вязкость; К — коэффициент, равный 1,8 • IO 4 для 1,0% раствора полистирола в бензоле; С — молярная концентрация полистирола, равная 0,096 моль/л.

Содержание остаточного мономера стирола определяется рас­творением 0,5 г полистирола в 25 мл бензола при добавлении 15 мл раствора Кауфмана. По истечении 30 мин добавляется 10% рас­твор иодистого калия и затем оттитровывается выделившийся иод 0, IN раствором гипосульфата. В той же последовательности про­водится холостой опыт с таким же количеством реактивов. Про­центное содержание остаточного мономера определяется по фор­муле

^c с

Где q\uq2 — количество 0, IN раствора гипосульфида, затраченно­го соответственно на титрование холостой пробой и с навеской полистирола, мл; F — фактор 0,1N раствора гипосульфида; 0,0052— количество стирола, соответствующее 1,0 мл 0,1N рас­твора гипосульфида, г; С — навеска полистирола, г.

Содержание порообразователя в исходных гранулах полисти­рола вычисляется по формуле

Q* = Qo-(Qc + Qn\

Где Q0 — общее содержание летучих, %; Qc — содержание моно­мера в гранулах, %; Qu — содержание влаги в гранулах, %.

Для определения общего содержания летучих в % берется 1,0 г исходных гранул полистирола и помещается в чашку Петри. После взвешивания чашка с навеской помещается под инфракрасную лампу мощностью 500 Вт. Расстояние между лампой и навеской должно быть 0,5 см, время выдержки — 4 мин. Затем чашка по­мещается в эксикатор для охлаждения и взвешивается на аналити­ческих весах. Содержание в % общего количества летучих рассчи­тывается по формуле

Q = ^LJi100

^o с

Где </i и #2 — масса чашки Петри с навеской соответственно до и после сушки, г; С—навеска исходных гранул пенополистирола, г.

Слипаемостъ гранул определяется по следующей методике. В воду при температуре 95-97 0C опускают навеску так, чтобы на 1 м2 поверхности приходилось 0,25 кг полистирола. Гранулы вы­держивают в воде в течение 2 мин при постоянном перемешива­нии. В продолжение вспенивания часть гранул спекается в комки, другая остается свободной. По количеству и размеру образовав­шихся комков визуально определяют класс слипаемости: 0 — гра­нулы не слипаются; 1 — слабая слипаемость, образуются комки размером до 20 мм в поперечном размере; 2 — повышенная сли­паемость, образуются комки размером от 20 до 70 мм; 3 — силь­ная слипаемость, образуются комки размером более 70 мм.

Скорость испарения и газификации пенополистирола опреде­ляется по методу испарения капель, который заключается в том, что образец пенополистирола помещается на нагретую до задан­ной температуры поверхность и определяется время газификации от момента его контакта с поверхностью до конца исчезновения [6]. Для проведения испытания образца на скорость газификации в МВТУ им. Баумана был разработан специальный прибор, общий вид которого представлен на рис. 2.5 [6]. Прибор состоит из печи 1, внутри которой помещен металлический или графитовый блок 2 диаметром 40-50 мм. В блоке на расстоянии 0,2-0,3 мм от поверх­ности установлена термопара 3, показания которой фиксируются милливольтметром 4. На расстоянии 0,8-1,0 мм от поверхности блока закреплена термопара 5, показания которой фиксируются самописцем.

Рис. 2.5. Прибор для определения скорости газификации пенополистирола

При достижении на поверхности блока заданной температуры на него помещается навеска пенополистирола, и печь закрывается кварцевым стеклом. Моменты начала и конца газификации фикси­руются термопарой 5. Скорость газификации и испарения qr (г/с) определяется по формуле

<1г=—> T

Где G — масса образца, г; т — время газификации, с.

За результат принимается среднее значение из 5 определений, причем отклонения данных опыта более чем на 15 % от среднего результата не учитываются.

Скорость плавления пенополистирола определяется по времени плавления образца определенной длины, помещенного на нагре­тый до заданной температуры нагреватель, от момента контакта образца с грузом до полной потери им исходного состояния [6]. Определение скорости плавления образца производится на прибо­ре, который представлен на рис. 2.6.

Где /об — длина образца, мм; тпл — время плавления образца, с.

Прибор состоит из печи 1 и нагреваемого в ней массивного ме­таллического блока 2, температура поверхности которого измеря­ется зачеканенной в нем термопарой 3. Показания термопары фик­сируются гальванометром 4. Образец из пенополистирола 5 разме­ром 15 х 15 х 200 мм закрепляется на острие конца металлическо­го штока 6 и помещается в кварцевую трубку 7. Перед испытанием металлический блок разогревается до заданной температуры, а кварцевая трубка закрепляется на штативе 9. Образец приводится в соприкосновение с нагретым блоком. Перемещение образца фиксируется датчиком 8 и регистрируется осциллографом 10. В трубку подается инертный газ для предотвращения горения пе­нополистирола.

Рис. 2.6. Прибор для определения скорости плавления пенополистирола

Скорость плавления полистирола Viui (мм/с) определяется по формуле

За окончательный результат скорости плавления полистирола принимается среднее арифметическое пяти измерений.