123461 (Огнестойкое стекло "Пиран"), страница 9
Описание файла
Документ из архива "Огнестойкое стекло "Пиран"", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "промышленность, производство" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "промышленность, производство" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "123461"
Текст 9 страницы из документа "123461"
И з анализа данных термогравиметрии, табл. 1.4 следует, что все компоненты относятся к коксообразующим. Однако ГМА, полимеризующийся под УФ-воздействием имеет большое значение кажущейся энергии активации процесса деструкции.
Таблица 1.4. Параметры процесса пиролиза компонентов
Вещество | Параметры процесса деструкции | Потери массы при температуре, ºС | Еа, кДж/моль | ||||
Тн – Тк, ºС Тmax | Выход КО при Тк, % | 200 | 300 | 400 | 500 | ||
ГМА | 210 – 345 280 | 23 | 2,5 | 63 | 81 | 83 | 110 |
ЛИМ | 150 – 370 180, 360 | 57 | 20 | 41 | 67 | 90 | 100 |
ТХЭФ | 242 – 350 310 | 23 | 3 | 43 | 83 | 83 | - |
В ТХЭФ, содержащем хлор, деструкция сопровождается дегидрохлорированием, которое завершается в интервале температур 160–240ºС и потери массы соответствуют содержанию хлора в ТХЭФ – 35% масс. Процесс дегидрохлорирования эндотермический, однако, деструкция сопровождается, по данным ДТА, выделением тепла. Видимо, одновременно с дегидрохлорированием протекают процессы структурирования, это подтверждается образованием коксового остатка. В интервале температур 240–320ºС протекает разложение структурированных структур.
Для получения органических стекол с необходимым комплексом свойств осуществлялось последовательное совмещение компонентов. В органическом стекле должны сочетаться жесткость и эластичность, обеспечивающие необходимые прочностные характеристики. В качестве основного компонента использовался глицидилметакрилат. учитывалось, что ГМА при полиме ризации образует жесткую структуру с невысокими физико-механическими свойствами σ р =17МПа.
Для снижения жесткости ГМА использовали введение ТХЭФ – это пластификатор полифункционального действия, который в своем составе содержит хлор и фосфор.
Для оценки взаимодействия компонентов ГЭМА, ТХЭФ и ФК исследовались как незаполимеризованный так и подвергнутый УФ-воздействию составы.
В образце незаполимеризованного состава отмечено наличие пиков валентных колебаний ОН-групп, относящихся к ФК, являющейся катализатором процесса сополимеризации ГЭМА и ТХЭФ. В спектрограмме имеются также пики валентных колебаний связей групп СН3, СН2, СО, ≡Р–О –, ССl, входящих в состав образца.
В спектрограмме полимеризата данного состава существенно увеличился пик валентных колебаний связи ОН-группы и уменьшился пик валентных колебаний связи >С=С<. Появление в спектре заполимеризованного состава колебаний чётных последовательностей n , отсутствующих в незаполимеризованном образце, может свидетельствовать о присоединении молекулы ТХЭФ к ГЭМА по типу «голова к голове».
Анализ спектрограмм позволил предположить, что взаимодействие ГЭМА с ТХЭФ в присутствии ФИ и катализатора, осуществляется в процессе УФ-инициируемой полимеризации по следующей схеме.
Выбор соотношения компонентов и параметров полимеризации проводился по оценке содержания нерастворимой в ацетоне гель-фракции. Для составов, содержащих 49ГМА+49ТХЭФ+1ФК+0,4 ин+ ЛИМа% масс. исследовались зависимости содержания гель-фракции в полимеризате от времени полимеризации. Как видно из графиков, с увеличением времени полимеризации содержание гель-фракции.
П ри исследовании содержания гель-фракции от времени хранения для состава с 1% содержанием ЛИМа рис. 1.6 кр. 1,2 отмечено снижение количества нерастворимой фракции определенной в полимеризате, через 40 суток после полимеризации. Для образцов, содержащих 2% ЛИМа содержание гель-фракции при хранении возрастает рис. 1.6 кр. 3,4, что может быть связано с недостатком ионного инициатора сополимеризации – ФК.
Сравнительный анализ спектограмм образцов состава 49ГМА+49ТХЭФ+1ФК+1ЛИМ с разным временем полимеризации показал,
Анализ данных термогравиметрии образцов состава 49ГМА+49ТХЭФ+1ФК+1ЛИМ показал, что все образцы относятся к коксообразующим и параметры деструкции мало зависят от времени полимеризации. Однако, следует отметить возрастание термоустойчивости образцов при времени полимеризации 60 мин, что видимо связано с завершенностью процессов структурообразования. Скорости потери массы для всех составов приблизительно одинаковы рис. 1.8.
Таблица 1.5. Изменение параметров процесса деструкции от времени полимеризации состава 49 ГМА+49 ТХЭФ +1 ЛИМ+1ФК+0,4 ин
Время полимеризации, мин | Параметры процесса деструкции | Потери массы, при температуре, ºС | |||||||||
, ºС | , % | Темературный интервал, ºС | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | ||
20 |
|
| 100 | 1 | 4 | 55 | 73 | 76 | 82 | 90 | |
40 |
|
| 100 | 1 | 3 | 61 | 72 | 76 | 82 | 89 | |
60 |
|
| 90 | 1 | 3 | 60 | 74 | 78 | 84 | 93 | |
80 |
|
| 170 | 1 | 5 | 65 | 72 | 78 | 82 | 89 |
Так как исследуемые составы не обеспечивают жесткости, необходимой для органического стекла, то в них увеличивали содержание ФК, являющейся катализатором сополимеризации.
При введении ФК в количестве 4–5% масс. образцы приобретали твердость, а при содержании ФК выше 5% масс. на поверхности образцов выделяется жидкость, видимо, полиметафосфорная кислота и образцы имеют желтоватый оттенок.
Также возрастает содержание гель-фракции от времени хранения образца, что свидетельствует о протекании процесса структурирования.
При изменении соотношения компонентов 57ГМА+37ТХЭФ+3ЛИМ+3ФК содержание гель-фракции составило 73,2%, образцы прозрачные и эластичные. При дальнейшем увеличении ГМА и понижении ТХЭФ образцы непрозрачны.
Уменьшение содержания ГМА и увеличение ТХЭФ обеспечивает содержание гель фракции 53,7%, состав 28ГМА+66ТХЭФ+3ЛИМ+3ФК не полимеризуется.
Таблица 1.6. Исследуемые составы
Состав | ЛИМ | ФК | Образец | Содержание гель-фракции, % | Содержание гель-фракции, % через 40 дней |
50% ГМА + 50% ТХЭФ | 1 | 1 | Эластичный | 57 | 59,1 |
3 | Твердый | - | - | ||
5 | Твердый, желтый | - | - | ||
9 | Твердый, желтый | 68 | - | ||
2 | 1 | Эластичный | 48 | 58,6 | |
4 | Твердый | ||||
3 | 1 | Эластичный | 57,2 | - | |
2 | Эластичный | 60 | 73,9 | ||
3 | Эластичный | 61 | 64,5 | ||
4 | Твердый | 62 | - | ||
5 | Твердый | 64,7 | - | ||
41ГМА+41ТХЭФ | 15 | 3 | твердый | 64 | - |
57ГМА+37ТХЭФ | 3 | 3 | Эластичный | 73,2 | - |
66ГМА+28ТХЭФ | Твердый, непрозрачн. | - | - | ||
37ГМА+57ТХЭФ | Твердый | 53,7 | - | ||
66ГМА+28ТХЭФ | Не полимеризуется | - | - |
Как было уже замечено, что при увеличении количества ФК образцы приобретают твердость, а увеличение ЛИМа придает им эластичность, что и необходимо для органического стекла, в котором должны сочетаться жесткость и эластичность, но также обеспечивать необходимые прочностные характеристики. Поэтому для дальнейших исследований выбран состав 41ГМА+41ТХЭФ+15ЛИМ+3ФК, так как он обладает оптимальными свойствами для органического стекла.
В составе 41ГМА+41ТХЭФ+15ЛИМ+3ФК+0,4 ин варьировали количество инициатора от 0,4 до 3%. С увеличением количества фотоинициатора содержание нерастворимой гель-фракции снижается, образцы обретали желтоватый оттенок и имели большое количество воздушных включений. Возможно, это связано с увеличением скорости полимеризации, вследствие чего возрастает вязкость композиции, и движение макромолекул затрудняется, происходит обрыв цепи.
Рис. 1.9 Зависимость содержания нерастворимой гель-фракции от количества фотоинициатора для состава 41ГМА+41ТХЭФ+15ЛИМ+3ФК
Для состава 41ГМА+41ТХЭФ+15ЛИМ+3ФК+0,4 ин была определена зависимость содержания нерастворимой гель-фракции от времени полимеризации. Как видно из графика с увеличением времени полимеризации до 40 мин содержание гель-фракции увеличивается, а после достижения 40 мин снижается.
Рис. 1.10 Зависимость содержания нерастворимой гель-фракции от времени полимеризации состава 41ГМА+41ТХЭФ+15ЛИМ+3ФК
Для состава 41ГМА+41ТХЭФ+15ЛИМ+3ФК+0,4 ин была определена зависимость вязкости состава от времени его приготовления. Из графика рис. 1.11 можно сделать вывод, что с течением времени вязкость раствора увеличивается.
Рис. 1.11 Зависимость вязкости от времени приготовления состава
Составы не поддерживают горение на воздухе и имеет невысокие потери массы, это позволяет отнести его к классу трудногорючих материалов. Кислородный индекс исследуемого состава 30% объем.
1.1.6 Выводы и практические рекомендации
1. В результате проведенной работы исследованы свойства исходных компонентов, используемых в составе композиции для органического стекла. Определен механизм полимеризации ГМА. Показано, что полимеризация ГМА происходит с раскрытием двойных связей и эпоксидного кольца с образованием трехмерной структуры. Выход гель-фракции составляет 90%. Предложена схема полимеризации.
2. Оценена методом ТГА устойчивость исходных компонентов при воздействии повышенных температур. Установлено, что все компоненты относятся к коксообразующим и деструкция которых протекает в приблизительно одинаковом температурном интервале.
3. Установлен анализом данных ИКС механизм сополимеризации ГМА и ТХЭФ и предложена схема сополимеризации.
4. Осуществлен выбор времени полимеризации для составов, содержащих ГМА, ТХЭФ, ЛИМ и ФК на основании данных ИКС, ТГА и по содержанию гель-фракции в полимеризате. Показано сохранение ненасыщенности полимеризата до времени полимеризации 60 мин. При этом увеличивается содержание гель-фракции. Увеличение продолжительности полимеризации приводит к процессу деструкции.
5. Исследована зависимость внешнего вида образцов и содержания гель-фракции от состава композиции.
6. Выбран состав 41ГМА+41ТХЭФ+15ЛИМ+3ФК, который обладает оптимальными свойствами для органического стекла. Для него исследована зависимоть содержания гель-фракции от времени полимеризации и от количества фотоинициатора в составе, определена вязкость состава.
1.2 Технологическая часть
1.2.1 Характеристика сырья, материалов и готовой продукции
Таблица 1.7. Характеристика сырья, материалов и готовой продукции
№ п/п | Материалы, свойства | ГОСТ, ТУ | Ед.изм | Показатели свойств |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
1 | ГМА | ТУ 2435–331–0584–2324–96 | ||
Внешний вид | бесцветная прозрачная жидкость | |||
Содержание основного вещества | ||||
Плотность | г/ см3 | 1,0726 | ||
Молекулярная масса | 142,16 | |||
Температура плавления | °C | -65 | ||
вязкость | мПа*с | 2,75 | ||
Растворимость в воде | %, | 2,75 | ||
Температура воспламенения | °C | 370 | ||
Показатель преломления | 1,4505 | |||
Температура вспышки | °C | 88 | ||
2 | ТХЭФ | ТУ 2494 – 319 – 0576344 | ||
Внешний вид | бесцветная жидкость | |||
Содержит: Cl- | %масс | 37,5 | ||
P- | %масс | 11,3 | ||
Воды | %масс | 0,07 |
1.2.2 Описание технологического процесса
Технологический процесс производства органического стекла является периодическим и включает следующие стадии:
1. Входной контроль материалов
2. Обработка стеклянных листов.
3. Сборка стеклопакета
4. Подготовка компонентов и установки полимеризации
5. Полимеризация
6. Контроль, хранение и упаковка изделия.
Технологическая схема представлена на рис. 1.12.
При входном контроле материалов по сопроводительной документации проверяют срок годности компонентов заливочного состава. Также проверяют соответствие всем требованиям партии трубки ПВХ и двухсторонней клеящей ленты.
Для изготовления органического стекла применяют отполированное с обеих сторон листовое стекло высшего качества. Стекло проверяют на наличие трещин. Силикатные стекла, поступающие в производство, обязательно подвергают обработке в моечно-сушильном конвейере, сначала круглыми капроновыми щетками, смоченными 1%-ным раствором соды, после чего ополаскивают под душем – для очистки и обезжиривания.
Пройдя через моечную зону, стёкла оказываются в сушильной зоне, где высушиваются идущим навстречу тёплым воздухом. После чего из них изготавливают полимеризационные формы.
При изготовлении форм должна соблюдаться абсолютная чистота. Поэтому работа должна проводиться в условиях полного отсутствия пыли. Рабочие помещения следует оборудовать воздухоочистительной установкой с кондиционным аппаратом и поддерживать в них небольшое избыточное давление воздуха. Затем вымытое стекло обрабатывают раствором антиадгезива, в качестве которого используется полиэтиленсилоксановая жидкость.
Обработанное стекло укладывают на ложемент для сборки стекла, затем устанавливают с зазором до 3 мм внешнее стекло и по периметру вводят эластичную герметизирующую прокладку), а в точке сжатия стекла защемляют калибром. Расстояние между силикатными стеклами определяет толщину листов органического стекла. Таким образом, постепенно вводя трубку и устанавливая прозрачные калибры, герметизируют стеклопакет, оставляя открытой зону подачи смеси.
Транспортировка исходных продуктов осуществляется в закрытых герметичных емкостях. Выгрузка ГМА, ТХЭФ, H3PO4 производится в герметичные емкости и с помощью весовых мерных дозаторов, компоненты подают в смеситель. Ввиду малого количества инициатора дозирование производится вручную. Навеска определяется с помощью электронных весов.
Соотношения выбирают в зависимости от сорта получаемого оргстекла. Ниже приведены соотношения компонентов при получении прозрачного негорючего органического стекла ч.:
ГМА……………….…41 H3PO4 …………….…3
ТХЭФ…………….…41 ЛИМ……………….…….15
Фотоинициатор……. 0,4
Компоненты состава перемешивают в смесителе в течение 1 часа при температуре 20±5°С, затем вводят H3PO4 и перемешивают ещё 10–20 минут. По окончании гомогенизации с целью обезвоздушивания смесь вакуумируют в том же смесителе. Вакуум создается компрессором, при этом воздух предварительно проходит очистку на каплеуловителе, после чего газо-воздушная смесь поступает на доочистку в термокаталитическую установку. Вакуумирование проводят в течение 10 минут.
После вакуумирования весовым мерным дозатором отмеряются точные дозы смеси, поступающие в формы. Для чего форму поворачивают, устанавливают воронку 10 и выливают определённую порцию композиции. После опорожнения воронки, её снимают, герметизируют зону подачи смеси ПВХ-трубкой и переводят заполненный стеклопакет в горизонтальное положение и одновременно с помощью иглы удаляют воздушные пузыри.
После этого деталь снимают с ложемента сборки – заливки и устанавливают на профилированную форму, которая поступает на конвейер фотоотверждения, где изделие отверждается, а затем выходит из зоны облучения. Время засветки выбирают исходя из времени полимеризации состава. Затем стеклопакет выходит из зоны облучения. Калибры снимают, изделие извлекают из формы, проверяют габаритные размеры полученного изделия с помощью рулетки, контролируют и упаковывают.
Контроль качества негорючего органического стекла основан, прежде всего, на испытании термостойкости, способности выдерживать резкие перепады температур, определении физико-механических свойств. Определяются устойчивость при высоких температурах, светопроницаемость, светостойкость, огнестойкость, оптическое искажение, предел прочности, твердость по Бринеллю.
Заготовки следует хранить таким образом, чтобы не ухудшать их качество. Обычно изделия хранят в стеллажах с вертикально расположенными ячейками шириной до 30 см.
1.2.3 Основные параметры технологического процесса
Таблица 1.8. Параметры технологического процесса производства органического стекла
Параметры | Значения |
Время гомогенизации, мин | 80 |
Время полимеризации, мин | 60 |
Температура,°С | 20±5 |
Давление, мм. рт. ст. | 740 – 760 |
Давление вакуумирования, мм. рт. ст | 340 – 400 |
1.2.4 Материальные расчеты
Таблица 1.9. Рецепт заливочного состава
Наименование компонентов | Концентрация, % | Количество, масс. ч. | Количество, % |
ГМА | 100 | 41 | 40,84 |
ТХЭФ | 100 | 41 | 40,84 |
ЛИМ | 100 | 15 | 14,94 |
Фосфорная кислота | 87 | 3 | 2,99 |
Фотоинициатор | 100 | 0,4 | 0,39 |
Таблица 1.10. Расчет по рецепту для получения 31640 стекол в год
Наименование компонентов | По рецепту, кг | Технологические потери, кг | С учетом технологических потерь, кг |
ГМА | 1684,4 | 23,58 | 1707,98 |
ТХЭФ | 1684,4 | 23,58 | 1707,98 |
ЛИМ | 601,16 | 5,89 | 607,05 |
Фосфорная кислота | 123,4 | 0,37 | 123,77 |
Фотоинициатор | 15,82 | 0,08 | 15,9 |
Всего | 4109,18 | 53,5 | 4162,68 |
Таблица 1.11. Материальный баланс для 31640 стекол в год на 1 тонну заливочного состава с учетом технологических потерь
Приход | Расход | ||
Состав | Количество на 31640 стекол, кг | Состав | Количество на 1 тонну, кг |
ГМА | 1684,4 | Технологические потери а) при приеме и подготовке компонентов ГМА ТХЭФ ЛИМ Фосфорная кислота Фотоинициатор б) при заливке состава ГМА ТХЭФ ЛИМ Фосфорная кислота Фотоинициатор | 11,79 11,79 2,945 0,185 0,04 11,79 11,79 2,945 0,185 0,04 |
ТХЭФ | 1684,4 | ||
ЛИМ | 601,16 | ||
Фосфорная кислота | 123,4 | ||
Фотоинициатор | 15,82 | ||
Всего потерь | 53,5 | ||
Всего | 4109,18 | Итого | 4162,68 |
Заключение
Анализ литературы показал, что большинство разработанных полимерных составов для органического стекла являются пожароопасными. И при оценке выше изложенной информации прослеживается только тенденция в области разработок составов для получения органического стекла пониженной горючести. Исходя из этого, в современных условиях основными направлениями по созданию огнестойких полимеров и полимерных композиций можно считать следующие:
-
Полимерные композиционные материалы, содержащие в качестве антипиренов фосфор и его соединения;
-
Полимерные композиции, содержащие традиционные неорганические антипирены;
-
Синтез огнестойких высокомолекулярных соединений и химическое модифицирование как способы повышения огнестойкости полимеров.
Однако наиболее перспективным является первое направление, на котором основываются исследования, представленные в данной дипломной работе.
Разработаны составы и технология, обеспечивающие получение органического стекла пониженной горючести с высокой механической прочностью.
В дипломном проекте разработана технологическая схема производства органического стекла пониженной горючести. Осуществлен расчет материальных затрат на 1 тонну заливочного состава. Оценена безопасность и экологичность проекта. Предусмотрена автоматизация процесса и безопасное его ведение.
Показана экономическая эффективность представленных показателей дипломного проекта.