Ударопрочный модифицированный полистирол (УПМ)

Сокращения: УПМ, HIPS

Ударопрочный полистирол модифицированный - продукт сополимеризации стирола с каучуком. Такой материал наделен более высокой ударной вязкостью в сравнении с обычным полистиролом и способен выдерживать всевозможные ударные нагрузки без разрушения.

Обычный ПС (полистирол) не обладает достаточной механической прочностью, к тому же он хрупок, что не позволяет перерабатывать его в листы для крупных изделий.

Характеристики и химические свойства ударопрочного полистирола

К отличительным особенностям материала следует отнести следующее:

повышенная ударопрочность;
устойчивость к разрывам;
легкость;
гибкость;
морозостойкость до - 40°C;
влагостойкость;
великолепная формуемость;
легкость в обработке.

Что касается химических свойств ударопрочного полистирола, отмечают его растворимость в ароматических и хлорированных углеводородах. Также он устойчив к действию растворов солей, а вот минеральные и растительные масла оказывают на него незначительное воздействие. Под действием нефтепродуктов (бензина и керосина), высших спиртов, этилового спирта и эфирных масел ухудшаются физико-химические свойства УПМ.

Методы получения ударопрочного полистирола

Теперь обратимся к вопросу о технологическом процессе производства ударопрочного полистирола. Так, рассматриваемый материал получают методом непрерывной привитой полимеризации в массе. В качестве исходного сырья применяется раствор синтетического бутадиен-стирольного каучука в стироле. Инициаторами в данном процессе выступают пероксиды дикумила и трет-бутила.

Технологический процесс производства УПМ включает в себя следующие стадии: растворение каучука в стироле, форполимеризация (получение продукта предварительной полимеризации раствора каучука в стироле в блоке до конверсии 25 – 40%), окончательная полимеризация, охлаждение и далее – грануляция полистирола.

1 – мерник стирола;

2 – аппарат для растворения каучука;

3 – промежуточная емкость;

4, 5 – форполимеризаторы I,II ступени;

6,7 – холодильник;

8 – полимеризатор колонного типа;

9, 10 – центробежные насосы.

Растворение каучука происходит в аппарате 2, куда из мерника 1 подается стирол, а после при работающей мешалке отдельными порциями вводитсякаучук. Раствор каучука передавливается в промежуточную емкость 3, далее происходит охлаждение до 30 - 40°C . Туда же погружаются инициатор, стабилизатор, пластификатор и регулятор роста цепи.

Отметим, что форполимеризация происходит, как правило, в двух последовательно соединенных реакторах. В форполимеризатор 4 первой ступени поступает раствор каучука с добавками. Далее раствор полимера непрерывно подается в форполимеризатор 5 второй ступени, где полимеризация продолжается при 180°C в течение около 5 – 6 часов до степени конверсии 0,8. Завершающая полимеризация происходит в аппарате 8 колонного типа с вакуум-камерой. После окончания полимеризации расплав полимера непрерывно подается на охлаждение и последующую грануляцию.

Отметим, что данный способ получения полимера – не единственный, из чего следует вариативность марок ударопрочного полистирола. По назначению и получению выделяют УПМ-703, УПМ-612Л, УПМ-508, УПМ-503, УПМ-3Л, УПС-1104, УПС-804, УПС-801, УПС-704Л, УПС-604С, УПС-505, УПК-303, УПС-10025, УПС-803Э.

Такие марки полистирола как УПС получают, как правило, блочно-суспензионным и УПК – методом компаундирования или механохимическим.

Получение УПМ мы уже рассмотрели, теперь кратко рассмотрим получение УПС и УПК.

Суспензионный и механохимический методы получения ударопрочного полистирола

Получение ударопрочного полистирола суспензионным методом осуществляется по полунепрерывной схеме и включает в себя такие стадии как: растворение каучука в стироле, форполимеризацию до 25 – 30%-ной конверсии с перемешиванием, суспензионную полимеризацию (периодические стадии), промывку, отжим, сушку, смешение с всевозможного рода красителями, стабилизаторами и прочими добавками, экструзию, грануляцию и упаковку (непрерывные стадии).

При механохимическом методе получения полистирол смешивается в каучуком в смесителях, в двухшнековых экструдерах с зоной механического смешения или в одношнековых экструдерах типа «Бусс». Полистирол, который получается данным образом, имеет пониженную ударную прочность, термо- и светостабильность, что значительно ограничивает его области применения.

Рассмотрим в таблице ниже физико-механические и теплофизические свойства ударопрочного полистирола.

Физико-механические и теплофизические свойства ударопрочного полистирола

Показатели	УПМ-703	УПМ-612Л	УПМ-503	УПМ-508	УПМ-3Л	УПК-303
Чистота поверхности диска	Поверхность должна быть чистой. Допускаются включения в количестве не более 1 точки на поверхности диска площадью 10 см²
Показатель текучести расплава, г/10 мин	2 - 6	2 - 10	2 - 5	2 - 8	2 - 15	1,5 - 4
Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см², не менее	220	250	200	200	200	200
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее	25	15	25	20	12	15
Ударная вязкость с надрезом, кгс*см/см², не менее	7,0	6,0	5,0	5,0	3,5	3,0
Теплостойкость по Вика, °C	90	80	90	80	75	92

Далее приведены физико-механические, теплофизические и электрические свойства ударопрочного полистирола.

Показатели	УПМ (все марки)	УПК-30
Плотность г/см³	1,07	1,07
Содержание остаточного мономера, %	0,3 – 1,2	0,1
Показатель текучести расплава, г/10 мин	3 – 12	1,5 – 4
Разрушающее напряжение, кгс/см² при растяжении при сжатии при статическом изгибе	220 - 230 -- 500 - 600	200 – 300 -- 500 - 600
Относительное удлинение при разрыве, %	25 - 40	15 – 25
Модуль упругости при изгибе, кгс/см²	1 * 10⁴	--
Ударная вязкость по Изоду, кгс/см² надреза	5 – 8	3,0 – 5,1
Твердость по Роксвеллу, шкала CR	10,5	10 - 12
Деформационная теплостойкость под нагрузкой 18,5 кгс/см², °C	70 – 85	85
Теплостойкость по Вика, °C	85 - 100	92 - 98
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом * см	1 * 10¹⁵ – 1 * 10¹⁶	--
Диэлектрическая проницаемость при 10⁶ Гц	2,6 – 2,7	--
Тангенс угла диэлектрических потерь при 10⁶ Гц	--	--
Влагопоглощение	--	--

Отдельно стоит вынести немаловажную тему переработки ударопрочного полистирола. Рассматриваемый материал перерабатывается точно такими же методами, что и термопласты. Основной способы – экструзия и литье под давлением. С помощью вакуумформования и пневмоформования можно получить листы, которые будут переработаны в изделия крупных габаритов. Что касается листовых материалов, их можно перерабатывать методом горячей штамповки.

Методы и режимы переработки УПМ

В таблице ниже приведены режимы и условия переработки ударопрочного полистирола различных марок.

Марка полимера	Метод переработки	Режим переработки	Получаемые изделия
УПМ-703	1.Экструзия 2.Литье под давлением	1.Температура цилиндра 160 - 220°C, температура головки 180 - 230°C, температура валков каландра 60 - 85°C 2.Температура расплава 180 - 230°C, температура литьевой формы 40 - 70°C, давление впрыска 1000-1200 кгс/см²	1.Листы 2.Технические детали, технические изделия специального назначения
УПС-1104	То же	Температура расплава 180 - 230°C, температура литьевой формы 40 – 70, давление впрыска не менее 1000 кгс/см²	Технические детали и изделия специального назначения
УПС-704Л	То же	Температура расплава 160 - 230°C, температура литьевой формы 40 - 70°C, давление впрыска 1000-1200 кгс/см²	Крупногабаритные изделия радиотехнической промышленности и другие технические детали
УПС-604Л	То же	Температура расплава 160 — 230 °C, температура литьевой формы 40 — 70 °C, давление впрыска 1000-1200 кгс/см²	Детали светотехнических изделий и другие технические детали
УПМ-508, УПС-505, УПМ-612Л, УПМ-503	То же	Температура расплава 160 — 230 °C, температура литьевой формы 40 — 70 °C, давление впрыска 1000-1200 кгс/см²	Технические изделия и изделия культурно – бытового назначения
УПС-1104	1.Экструзия 2.Литье под давлением	1.Температура цилиндра 160 — 190 °C, температура головки 180 — 210 °C, температура валков каландра 60 — 95 °C 2.Температура расплава 180 - 230°C, температура формы 50 - 70°C, давление впрыска 1000 кгс/см²	1.Листы для изготовления тары для упаковки сухих пищевых продуктов, для затаривания сыра «Янтарь» 2. Терки для фруктов и овощей, детали соковыжималок

Для склеивания ударопрочного полистирола можно применять 5 – 10%-ный раствор его в бензоле, толуоле и дихлорэтане (в зависимости от состава).

Также ударопрочный полистирол поддается механической обработке (обточке, распиловке и т.д.). Условия обработки подбираются в зависимости от размеров и конфигурации изделий. В качестве охлаждающего агента можно применять воду.

Способы применения ударопрочного полистирола

Ударопрочный полистирол используется для изготовления различных технических изделий народного потребления, которые должны обладать повышенной ударной прочностью. Сюда можно отнести крупногабаритные изделия: двери и внутренние части домашних холодильников, радиоприемников, контейнеров, ящиков, коробок для транспортировки всевозможных товаров и продуктов, для сантехнических инструментов и деталей, предназначенных для внутренней отделки и облицовки самолетов, пассажирских вагонов, как материал облицовки в жилищном строительстве и прочее. Также УПМ используется при изготовлении наружной рекламы (различных щитов, вывесок, штендеров, табличек и указателей), в качестве торгового и выставочного оборудования, а также применяется в полиграфии. Свойства полистирола позволяют его применять в получении непрозрачных элементов аквариумов и крышек.

Привлекательный внешний вид и достойные механические свойства, широкая цветовая гамма позволяют применять рассматриваемый материал для различных арт-мероприятий.

Каучуковая фаза вносит свой немаловажный недостаток – низкая термо- и светостойкость. Из-за этого ударопрочный стирол не рекомендовано применять в атмосферных условиях.

Немаловажно и то, что УПМ отлично склеивается, окрашивается, имеет хорошее сцепление с виниловыми пленками и отлично формуется.

Лист из ударопрочного полистирола в зависимости от назначения выпускается четырех марок:

ПВФ и ПВФГ – предназначаются для изготовления изделий технического и бытового назначения методом термоформования;
ПО и ПОГ – предназначаются для использования в качестве отделочного и облицовочного материала.

Преимущества ударопрочного полистирола

Подытоживая все вышесказанное, выделим преимущества ударопрочного полистирола:

повышенная прочность и ударная вязкость по сравнению с обычными моделями;
устойчивость к разрывам;
биологическая и химическая стойкость, в том числе к щелочам и агрессивным средам;
отличная формуемость;
морозостойкость (полотна выдерживают до -40 градусов);
атмосфероустойчивость (стойкость к осадкам, температурным перепадам, ультрафиолету);
водонепроницаемость;
сохранение оттенка на протяжении всего срока службы;
простота обработки;
гигиеничность;
небольшая масса, что облегчает транспортировку и монтаж изделий;
универсальность благодаря широкой сфере применения;
долговечность;
цветовое многообразие;
соответствие экологическим стандартам;
приемлемая цена в сравнении с другими видами отделочного материала.

Все перечисленные свойства отлично сочетаются с ценовой политикой на данный материал. Некоторые производители предлагают приобрести у них ударопрочный полистирол примерно за 400 рублей за килограмм.