Способ контроля кинетики вспенивания и отверждения пенопласта Советский патент 1983 года по МПК G01N27/52 

Изобретение относится к полимерным строительным материалам - фенолформальдегидным пенопластам, и может быть использовано для изучения кинетики вспенивания и отверждения пенопластов, а также на предприятиях строительной индустрии для контроля качеств вспенивания пенопласта при изготовлении легких стеновых панелей.

Известен способ исследования кинетики вспенивания пенопластов по объему выделившегося в процессе вспенивания газа Г 1 3Этот способ не обладает достаточной точностью.

Наиболее близким к изобретению техническим решениен является способ контроля кинетики вспенивания пенопласта, заключающийся в перемешивании реакционной смеси 2,

Смесь помещают в емкость для образца. При вспенивании образец увеличивается в высоту, поднимает датчик перемещений, что фиксируется самописцем.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу контроля Кине.тики вспенивания пенопласта заключающемуся в перемешивании реакционно смеси непрерывно во времени измеряют разность потенциалов между верхней и нижней поверхностями вспениваемого пенопласта и определяют время индукционного периода по началу возникновения разности потенциалов, время вспенивания по максимальному значению разности потенциалов и время отверждения гю началу установления разности потенциалов.

Предлагаемый способ основывается на эффекте возникновения разности потенциалов между верхней и нижней поверхностью вспениваемого фенолформальдегидного пенопласта. Этот эффект обусловлен тем, что образующаяся при поликонденсации сетчатая молекул резита обладает электрическим дипольным моментом в результате сдвига электронного облака от водорода к кислороду В гидроксильной группе фенола (Г(,НуОН). Однако в результате теплового хаотического движения моле кул и их частей не происходит преимущественной ориентации электрических дипольных моментов молекул. Доказательством этого является отсутствие разности потенциалов пе|5ед началом вспенивания и поликонденсации.

Процесс вспенивания пенопласта прводит к утончению вертикальных перегородок ячеек с расширяющимся газом, удлинению ячеек и, следовательно, перегородок (пленок между ячейкамиJв направлении вспенивания, т.е. происходит двумерное упорядочение структуры молекул резита в пленках, их ориентирование, в направлении гравитационного поля (в направлении вспенивания снизу вверх. При этом верх изделия оказывается заряжен отрицательно, а низ - положительно.

в

Можно говорить и об одномерной ориентации электрических дипольных молекул резита, так как опыты по изме рению разности потенциалов перпендикулярно направлению вспенивания не дали результата, потенциал оказался равным нулю.

Способ осуществляется следующим образом.

Вспенивание фенолформальдегидного пенопласта проводится в форме размером 300 X 300 X 100 мм. Нижняя и верхняя крышки выполнены электропроводными (металлические), а боковые стенки изготовлены из дерева. Внутренняя поверхность формы изолируется конденсаторной бумагой.

Реакционную смесь, состоящую из , 100 вес.ч. смолы ФРВ-1А (ТУ 6-05-110 -75) и 20 вес.ч. продукта ВАГ-3 (ТУ 6-05-1116-7, перемешивают в течение 1 мин механической мешалкой с числом оборотов 1500 .об/мин и заливают в форму. Температура компонентов смеси ZltTC. Закрывают верхнюю крышку.

На чертеже изображена электрическая схема измерения разности потенциалов.

Схема измерения разности потенциалов собирается из экранированного провода, контакты с верхней и нижней металлических пластин формы подключаются к ламповому вольтметру ВК 7-9 экран, провод, и нижние пластины заземляются. В процессе вспенивания на верхней стороне изделия сосредотачиваются отрицательные, а на нижней положительные заряды, образуя поверхностную плотность зарядов. Эти заря,ды индукционно вызывают появление положительных зарядов на верхней

крьнике и отрицательные - на нижней, что и приводит к возникновению разности потенциалов между верхней и нижней крышками формы, которая измеряется с помощью высокоомного вольтметра ВК . Записывая возникающую разность потенциалов современи начала Перемешивания композиции (см. табл. 1) определяют: время индукционного периода - по времени возникновения разности потенциалоё (для опыта 5 разность потенциалов в 0,001 В вбзникаёт через 180 с) время вспенивания и заполнения формы по времени возникновения максимальной разности потенциалов (для опыта 5 максимальная разность потенциалов в 0, В возникает через с), время отверждения пенопласта - по началу установившейся разности потенциалов (для опыта 5 начало установившейся разности потенциалов в D,332 В возникает через с).

Пенопласт после вспенивания выдер чивается в форме до 10 мин.

Изменение разности потенциалов по времени после начала перемешивания приведено в табл. 1.

. Т а б л и ц а 1

90

120

kQ

150 180

гю

225:

2rt)

270

300

315

360

kQQ 600

1 2 3

5 30 7 110

цвз 330

250 310 332 332

Из данных табл. 1 измерения разности потенциалов, возникающей во время вспенивания и отверждения пенопласта, по времени с начала перемешивания композиции можно определить: время индукПредлагаемый способ контроля позволяет не только исследовать кинети ку вспенивания, но и динамику отверж дения пенопласта. Существующая корреляция между максимальным значением разности потенциалов и кажущейся объ емной плотностью полумаемого пенопласта, описываемая уравнением (в интервале кг/м): ЛЧ -0,772+ +0,066 -р 2/3 (v4 - измеренная разность потенциалов. В: О - кажущаяся объемная плотность пенопласта, KP/MV может быть использована для оценки плотности получаемого пенопласта. В первом приближении выводится уравнение для разности потенциалов. Электрическбе поле Е, обусловленное поверхностной плотностью зарядов(Г, возникающей в процессе вспенивания пенопласта в форме,представляющей плоский конденсатор, определяем из выражения Е Cr/fo,(1) а возникающая разность потенциалов равна (r-h/fo,(2) где h - расстояние между заряженными плоскостями (пластинами конденсатора); с о - диэлектрическая постоянная. В первом приближении молекула диэлек рика (в данном случае резита) будет рассматриваться как диполь, имеющий электрический дипольный момент равны

ционного периода, время заполнения формы композицией, время окончания вспенивания и время отверждения пенопласта. Эти данные сведены в табл. 2.

Таблица 2 дипольному моменту молекулы фенола (R,- 0,tt8 . ), умноженному на количество их в молекуле резита п, т.е. степень поликонденсации Р п - PV Ориентация молекул резита по всему объему пенопласта приводит к образованию заряженного поверхностного слоя с плотностью зарядов п P-i NS -sW. (М где NC - количество молекул (диполей) на поверхности пенопласта; h - высота слоя смолы перед вспениванием. Значение Hg можно найти, зная -поверхность S, на которой сосредоточены заряды,и площадь поперечного сечения одной молекулы в предложении их плотной упаковки и сферической симметрии N, (5) Однако, при вспенивании пенопласта происходит значительное уменьшение плотности готового, изделия, а следовательно, и плотмости упаковки молекул в поверхностном слое на величину, равную отношению объема изделия к объему смолы перед вспениванием эта величина близкая к значению кратности вспенивания, определяемая при свободном вспенивании ) к V/VcM . огда Ne, S /1 S в предложении сферической симметрии молекулы резита записываем VHu2/3. о Объем одной молекулы пенопласта V/M равен всему объему пенопласта перед вспениванием, деленному-на число м лекул N, V,-V/N(9) Значение N/ М /о (10) а N M-.Wo/,a 01) где М - масса смолы перед вспенива нием; р- плотность пенопласта ;/ молекулярный вес резита; No число Авогадро. Решая уравнения () получаем, U - 5Ь /9Nof/ Г(-7Г} Подставляя уравнение в (I), а затем а (2),находим дЧ. €о V / уравнении (13) Значение величин в :принято следующим: , Р 0,М « .м,€. 8,85 10; ф/м, р 9 .8 80 :кг/м, Jo 6,02 10 кмоль ;)U 756 кг/кмоль. Таким образом ukV равно 0,56 В. Совпадение результатов ориентировочных расчетов (можно считать по порядку величины I с экспериментально определенными значениями &f достаточно хорошее.- Кроме того, определенная в расчетах -зависимость функции кажущейся плотности пенопласта 9 степени 2/3-(см. уравнение 13): ду - (Я 2/). (k) подтвреждает правильность предположения о механизме появления поверхностной плотности зарядов. . Предлагаемый способ может быть использован для определения времени индукционного периода, времени заполнения формы композицией, времени окончакия вспенивания иотверждения пенопласта, а также длягоценки кажущейся объемной плотности получаемого изделия по значениям измеряемой разности потенциалов во время вспениваний пено.пласта.