(прим. науч, ред.).
Теплоизоляционные свойства пенопластов определяются их плотностью. Но если плотность становится слишком низкой, размер ячеек может увеличиться до такой степени, что внутри каждой ячейки образуются конвекционные потоки, значительно снижающие изоляционные свойства.
Газ, которым наполнены полые пространства, является еще одним фактором, влияющим на теплоизоляционные свойства пенопластов с закрытыми порами. Некоторые из плотных газов, такие, как фторированный углерод, придают материалу теплоизоляционные свойства намного лучшие, чем в случае применения углекислого газа. Примером высоких теплоизоляционных свойств пенопластов может служить панель из пенополиуретана с плотной поверхностной коркой, которая более чем в 20 раз превосходит по своей теплоизоляции обычную пустотенную стену.
Другим примером могут служить различные модификации релейных будок Британской железнодорожной системы, примененные в Антарктиде. Толщина оболочек — 3,8 см (два лицевых покрытия из стеклопластика толщиной по 0,3 см и фенольный пенопласт толщиной 3,2 см); теплоизоляция настолько эффективна, что при внешней температуре — 40° C приходится часто открывать окна. И это несмотря на то, что фенольный пенопласт, выбранный благодаря хорошей огнестойкости, среди пеноматериалов является далеко не лучшим по своим изоляционным качествам.
В заключении раздела о материалах нужно упомянуть об одном важном моменте. Пластмассы не дешевы, их производят на самом сложном и дорогом в химическом машиностроении оборудования, но это не всегда имеет решающее значение. На общем фоне быстро прогрессирующей инфляции полимерные строительные материалы выделяются тем, что их стоимость неуклонно падает.
Их будущее как основных строительных материалов становится все яснее с каждым днем по мере расширения диапазона свойств и производственных процессов и в результате того, что полимерная промышленность становится более «искусной» в деле создания новых синтетических материалов.
Пластмассовые отходы
Согласно данным института «Батель», пластмассовые отходы составляют только 2,5% общего количества отходов и к 1980 г. достигнут примерно 5%. Однако эта цифра относится скорее к массе, чем к объему, а так как пластмассы отличаются очень высоким отношением объема к массе, приведенные данные преуменьшают серьезность положения.
Один химик, занимающийся пластмассами, сказал, что «люди не перестают просить, чтобы мы делали пластмассы еще более стойкими ко всему — погоде, химическим веществам, варварам и прочему, а затем жалуются, что пластмассы не разлагаются, когда их выбрасывают на свалку». По его мнению, проблема касается не пластмасс, а требований потребителей.
Его мнение, конечно, можно считать обоснованным в отношении властей некоего сицилийского города, которые разработали «превосходный» способ удаления всех отходов из города.
Они упаковывали их в пластмассовые мешки и выбрасывали мешки в море. Затем преобладающие течения относили мешки через Мессинский пролив к Калабрии. Теперь калабрийцы угрожают подобрать мешки, нанять вертолеты, перевезти их обратно к Сицилии и сбросить на Мессину.
Тем не менее «человеческий» аспект проблемы уничтожения отходов можно считать только одной стороной этого вопроса, другой стороной являются сами пластмассы.
Почти ничего нельзя сделать с термореактивными материалами — их молекулярная структура настолько плотна, что на них не действуют ни растворители, ни огонь. Единственное практическое предложение — растереть их в порошок и закопать в землю. (Правда ли, что мы больше выкапываем из земли, чем закапываем?) Небольшое утешение в том, что порошок будет инертен, и опасные химические вещества не просочатся в почву.
С термопластами дело обстоит немного лучше. Вообще говоря, они не так стойки к действиям стихии, как термореактивные материалы, — полиэтиленовые мешки на морском берегу пожелтеют, потрескаются и в конце концов разрушатся под действием солнца и моря. Сейчас ведется значительная работа по созданию светочувствительных термопластов, которые постепенно разрушаются под действием света.
К несчастью, разрушение приводит к высвобождению некоторых потенциально опасных химических элементов, таких, как фтор или свинец, которые применяются в качестве стабилизатора. Химические вещества могут попадать в атмосферу при сжигании термопластов — при сжигании ПВХ высвобождается хлор, и это настолько опасно, что разработан специальный способ нейтрализации газа известью.
По-видимому, существует два основных подхода, которые могут в значительной степени помочь решению проблемы пластмассовых отходов. Первый основывается на том факте, что многие виды пластмассовых отходов настолько дешевы, что в действительности лучше заплатить, чтобы избавиться от них. В этом случае нужно, чтобы было побольше таких людей, как Герберт Хартли. Вначале он занимался производством эластичных пенопластов и постоянно был вынужден платить за удаление отходов производства, что для скупого северянина служило постоянным источником раздражения, и в конце концов он начал склеивать отходы. В результате получился пеноматериал, обладающий еще большей эластичностью, чем его составляющие, и нашедший применение в качестве идеальной подосновы ковровых материалов. Он переделал все свое производство на переработку отходов, которые он получал даже из США.
Следующим этапом «саги о Хартли»» стало производство жесткого пенополиуретана. Условия здесь были сложнее —выросли цены на удаление отходов от штучного производства пеноблоков. (Пена поднимается в большой форме и напоминает по виду буханку хлеба, которую затем нужно обрезать.) Проблема состоит в том, что отходы жесткого пенополиуретана низкой плотности очень хрупки (он попытался применить их в качестве изоляционного материала на крыше дома своего друга, но это лишь положило конец их дружбе), поэтому для этих отходов трудно найти применение. Тем не менее, как показывает громадный рост «каннибальских» отраслей промышленности пластмасс, выход будет найден: непременное non-sequitur1, являющееся особой чертой британской изобретательности. (Райская мечта предпринимателей, перерабатывающих отходы, состоит в том, чтобы им заплатили за удаление отходов, которые после минимальной переработки можно было бы продать еще кому-нибудь.)
1 Здесь: нелогичное неожиданное решение (лат.) (прим, переводчика).
Вторым направлением в деле решения проблемы пластмассовых отходов является повторное использование на самой начальной стадии переработки, как уже делается при методе литья под давлением, когда литники размалываются и поступают опять в питательный бункер. Это можно делать и при методе экструзии; до того как экструдер начнет выпускать качественную продукцию, он должен некоторое время разработаться, и во время этого подготовительного периода обычно возникает вопрос об удалении некачественной продукции, чтобы она не застопорила работу. Поэтому эта продукция поступает в отходы, после чего ее можно размягчить и повторно использовать на том же оборудовании.
Повторное использование было бы более распространенным мероприятием, если бы пластмассы были более дорогими и если прогнозы, предвещающие, что к 1985 г. мировые источники нефти значительно иссякнут, хотя бы приблизительно оправдаются, тогда повторное использование может оказаться жизнеспособным предложением.Глава 4. Технология изготовления
Проектировщикам важно не только понимать строение и свойства полимерных материалов, но и знать основные процессы производства.
На определенной стадии переработки полимерные материалы бывают пластичны и поддаются формованию.
Вообще, термопластичные материалы легче поддаются обработке, нежели термореактивные. Термопласты могут быть повторно размягчены, и поэтому цикл термообработки у них не такой «критический», как при однократной термореактивной реакции.
Экструзия термопластов
Экструдер, с помощью которого изготовляются профильные погонажные изделия, трубы и пленки, вероятно, наиболее широко применяемая в полимерной промышленности машина. Он состоит из нагреваемого цилиндра с вращающимся внутри него шнеком. Гранулированный материал подается из питательного бункера в цилиндр, там он нагревается не только за счет обогреваемых стенок цилиндра, а и под действием тепла, образующегося при вращении шнека.
По мере продвижения материала вдоль шнека он становится все более размягченным и, наконец, выталкивается из цилиндра через мундштук, который и определяет профиль экструзионных изделий. Например, из простого отверстия выходит пруток, из отверстия с торпедой (установленной так, чтобы полимер обтекал ее) выходит труба, из щелеобразного отверстия выходит материал в виде полосы, а из очень узкой щели — пленка.
По выходе из мундштука материал охлаждается, но может также подаваться с большой скоростью к идентичному, но меньшему по размеру мундштуку, и после уже охлаждаться. Это дает возможность получения одинаковых профилей различных размеров.
Скорость экструзии зависит, конечно, от мощности цилиндра и размера производимого изделия. Например, экструдер будет производить трубу малого диаметра намного быстрее, чем трубу большого диаметра. Рекордная скорость экструзии—35 м/ч была достигнута при нанесении изоляционного слоя на телефонные провода 1.
1 Современные экструдеры позволяют получать профильные строительные изделия с более высокой скоростью (до 1 м/мин) (прим. науч. ред.).
Экструдер — универсальная машина, так как мундштуки, довольно дешевые в сравнении с формами для литья под давлением, могут заменяться легко и быстро, поэтому при помощи одной основной машины можно производить широкий ассортимент изделий. Его многосторонность была расширена применением метода, известного под названием пневмоформования, применяемого при изготовлении пластмассовых бутылок. В общих чертах процесс идет так: из экструдера выходит вниз труба определенной длины. Эта труба захватывается пресс-формой, состоящей из двух частей и сжимающей верх и низ трубы, в которую затем вдувается воздух, отжимающий еще пластичную трубу к стенкам формы, которая затем раскрывается и выпускает готовую бутылку. Этим методом пользуются для производства пресс-изделий различных размеров, вплоть до мусорного бачка.