Технология производства поликарбоната: сотового и монолитного
Опубликовано: 02.09.2018
В качестве инженерного пластика поликарбонат приобрел большую известность и популярность. Материал является линейным полиэфиром. В промышленности используется только ароматическая группа данного вещества. На его основе создаются композиции, относящиеся к специальным полимерам. В промышленности технология производства поликарбоната разделена на два основных этапа: синтез мелкозернистого полуфабриката и создание из него листового строительного материала. Обычно их осуществляют на разных предприятиях.
Схема листа сотового поликарбоната.
Изготовление исходного сырья
До недавнего времени промышленное изготовление гранул для дальнейшей переработки производилось только методом межфазной поликонденсации. Процесс полимеризации при этом происходит на границе раздела жидкости и газа, то есть двух фаз. Для производства используются двухатомный фенол и угольная кислота (фосген). В реакции также участвуют определенный органический растворитель и пиридин, служащий и катализатором, и акцептором.
Технология производства поликарбоната
К достоинствам данной методики, по которой и сейчас производится свыше 80% полимера, относится невысокая, до 25°С, температура реакции и сравнительно небольшие затраты энергии. Кроме того, она позволяет получать разнообразные виды поликарбоната, в том числе высокой молекулярной массы. Основным недостатком является присутствие в реакции фосгена, обладающего высокой токсичностью. Полученный полимер нуждается в очистке от побочных продуктов и от остатков реагентов. Как следствие, на его промывку уходит много воды. Это, в свою очередь, приводит к большому объему сточных вод. Осаждение полученной массы производится специальным реагентом, к примеру, ацетоном.
Монолитный поликарбонат
Схема монтажа сотового поликарбоната.
Более новая технология производства методом переэтерификации позволяет осуществлять реакцию в расплаве при температуре от 250 до 300 °С. Реакция основана на химическом взаимодействии двух основных ингредиентов: дифенилолпропана и диметилового эфира угольной кислоты. Это позволяет сэкономить на растворителе и обойтись без токсичного фосгена. Недостаток же заключается в том, что выделяется побочный продукт, анизол, мировая потребность в котором ничтожно мала. Из-за этого его просто приходится сжигать. Кроме того, при такой методике увеличиваются расход энергии и затраты на особо чистые реагенты. Наконец, данный способ пока не дает возможности создавать высокомолекулярный поликарбонат.
При необходимости в выделенную и промытую полимерную массу добавляют какой-нибудь краситель. Затем ее сушат, еще теплой пропускают через экструдер для получения крупинок или прутьев, а потом фасуют в многослойные мешки.
Химические реакции, в результате которых получается поликарбонат, являются необратимыми, а синтезированная продукция - нетоксичной.
Поскольку приобрести очень дорогую лицензию на производство гранул могут позволить себе лишь немногие фирмы, большинство предприятий для дальнейшей переработки предпочитает покупать готовое сырье.
Очистка, плавление и экструзия
Схема крепления листов поликарбоната к металлическому каркасу.
На предприятии гранулы из мешков перегружают в специальные бункеры, которые называются силосами. Силос имеет дно в виде воронки, через которую происходит отбор сырья. Гранулы поликарбоната попадают на пневмотранспортер, который доставляет их в устройство для очистки - циклон. Циклон работает по принципу центрифуги, отбрасывая в сторону частички пыли. Затем необходимое количество сырья отмеряют в автоматическом дозаторе, после чего гранулы загружаются в камеру для плавления.
Чтобы улучшить качество материала и придать ему необходимые свойства, в плавильную камеру добавляют определенные присадки. Они смогут предотвратить конденсацию влаги на поверхности листа, наделить его свойством отталкивания воды и грязи. Добавление металлической крошки улучшает отражение инфракрасного излучения и позволяет материалу лучше сохранять тепло. Благодаря ей поликарбонат приобретает модный оттенок «металлика». Смесь постоянно перемешивается и постепенно нагревается до 250-290°С. Газы, которые при этом выделяются, отводят наружу.
Поскольку даже при такой высокой температуре расплав имеет очень вязкую консистенцию, ровный материал в виде ленты из него удобнее всего формировать путем экструзии, то есть продавливания через особую матрицу - фильеру. Одновременно с этим лента может покрываться тонкой пленкой, защищающей от разрушительного воздействия ультрафиолетового излучения. На завершающем этапе с помощью пресса ленте придают необходимую толщину. При этом происходит окончательное сглаживание неровностей. После этого остается только разрезать ленту на листы необходимого размера.
Экструдер используется для производства поликарбоната различной структуры: как монолитного, так и сотового. Матрица определяет строение получаемого листа. Сотовый пластик представляет собой полый лист, состоящий из нескольких слоев. Технология позволяет доводить их толщину всего до 0,3-0,7 мм. Внутри слои соединяются продольными ребрами жесткости. Профилированный материал изготавливается в виде листов с волною разнообразного профиля. Монолитный пластик отличается особой прочностью: при толщине 12 мм он обладает свойствами пуленепробиваемого стекла.
Технология производства методом литья
Из пластика можно изготавливать не только листовой материал, но и отливать готовые изделия или отдельные детали. Их формируют при помощи литья под давлением, а сосуды - методом выдувного литья. Чтобы создать пленку толщиной всего 125-640 мкм, используется раствор поликарбоната в метиленхлориде. Для этого берут пластик с высокой молекулярной массой.
Перед началом процесса литья под давлением исходный материал высушивают в бункерных сушилках при температуре 110-120°С. Преимущество такой обработки состоит в отсутствии повторного впитывания влаги при хранении или транспортировке. Затем материал поступает в нагревательный цилиндр, где его доводят путем нагрева до вязко-текучего состояния.
Особенность производства литых деталей заключается в относительно невысоком, до 150-160°С, повышении температуры расплава и разогревании формы до 80-100°С. Процесс осуществляется на литьевом автомате. Он разделен на отдельные технологические этапы. Сначала смыкается форма для заливки, потом осуществляется впрыскивание разогретого материала. В форме происходит его уплотнение под давлением 70-150 МПа. Затем поликарбонат выдерживается в форме еще некоторое время, необходимое для остывания. Наконец, форма размыкается, а готовая деталь вынимается.
Следует заметить, что каждому способу производства поликарбонатной продукции должны соответствовать определенные марки пластика - литьевые, экструзионные, экструзионно-литьевые, а также для выдувного литья. В некоторых случаях производится изменение характеристик полимера путем армирования стеклянными или графитовыми волокнами.