Технологический процесс производства пенопласта

Технологический процесс производства пенопласта состоит из следующих операций:

1) предварительное вспенивание гранул (первичное вспенивание);
2) сушка вспененных гранул (при необходимости);
3) выдержка гранул;
4) спекание или формование изделий (вторичное вспенивание);
5) охлаждение отформованных изделий или блоков;
6) резка блоков на плиты или изделия требуемых размеров.
Характерной особенностью технологии производства пенопласта беспрессовым методом является двухстадийный процесс вспенивания.
При первичном вспенивании в гранулах образуются равномерно распределенные ячейки, заполненные парами изопентана, имеющие форму многогранников. Размер ячеек 50—150 мк. Толщина стенок ячеек не превышает нескольких микрон, что сравнимо с размерами молекулы полистирола (~100А), которые в стенках ячеек находятся в ориентированном состоянии, образуя анизотропные плевки, что повышает агрегативную устойчивость вспененной гранулы. Первичное вспенивание характеризуется коэффициентом предварительного вспенивания К, который определяется соотношением объема вспененных V1 и исходных V0 гранул. Величина К подбирается в каждом отдельном случае так, чтобы обеспечить заполнение вспененными гранулами всего объема формы и получить пенопласт заданного объемного веса. Значение К зависит от молекулярного веса, гранулометрического состава и содержания изопентана в суспензионном полистироле, а также от температуры и продолжительности его вспенивания.
Исходные гранулы суспензионного полистирола имеют насыпной вес 450—550 кг/м3. а после предварительного вспенивания 15—100 кг/м5. Для каждой партии суспензионного полистирола имеется оптимальное время вспенивания при определенной температуре, при котором устанавливается равновесие между парциальным давлением внутри гранулы и внешним давлением. Более длительное время вспенивания ведет к разрушению гранул, образованию пористой структуры и повышению объемного веса. Гранулы расширяются при нагревании за счет давления паров изопентана только в начальный период, а затем на вспенивание большое влияние оказывает диффузия паров воды в образовавшиеся ячейки.
Водяные пары обладают значительной проницаемостью через пленки полистирола: например, при нормальной температуре проницаемость водяных паров в 4100 раз превосходит проницаемость азота. При повышении температуры проницаемость несколько снижается, но продолжает оставаться значительной. Поэтому по сравнению с диффузией паров изопентана из ячейки проникание пара внутрь ячейки более интенсивно.
Цель предварительного вспенивания заключается и том, чтобы снизить количество вводимого в полистирол изопентана. Исследования показали, что для создания нужного давления газа и получения вполне оформившегося изделия с объемным весом 20—30 кг/м3 необходимо 10— 12% изопентана. Фактически же в гранулах полистирола содержится 4—4,5% изопентана. Необходимое давление газа при окончательном формовании пенопласта достигается тем, что во время выдержки (6—24 ч) сухих гранул после предварительного вспенивания атмосферный воздух засасывается в гранулы, в которых образовался вакуум при конденсации изопентана.
Предварительное вспенивание ведут при помощи горячей воды, пара, воздуха или токов высокой частоты, нагревая бисерный полистирол до температуры 90-120 С. При этом объем гранул увеличивается в 30—50 раз в зависимости от свойств исходного суспензионного полистирола.
Для этой операции используют различные виды вспенивателей периодического и непрерывного действия с различными теплоносителями. Выбор теплоносителя и конструкции вспенивателя определяется объемом производства пенопласта.
При небольших объемах более рационально вести предварительное вспенивание в периодических вспенивателях при помощи горячей воды или пара. При вспенивании горячим воздухом отпадает необходимость сушки и выдержки гранул, но низкий коэффициент теплопередачи затрудняет эффективное проведение процесса, что приводит к неравномерному вспениванию гранул.
При значительных объемах производства пенополистирола наиболее выгодно применять водяной пар, который позволяет автоматизировать процесс предварительного вспенивания. При этом гранулы увлажняются незначительно и необходимость их сушки отпадает. Этот метод получил наибольшее распространение. Процесс предварительного вспенивания ускоряется в поле токов высокой частоты. Недостатком этого метода является низкое значение тангенса угла потерь сухих гранул полистирола. Поэтому необходимость увлажнения гранул и их последующей сушки делает этот метод нецелесообразным.
Гранулы выдерживают при температурах не выше 22 28°С, так как диффузия изопентана из ячеек гранулы интенсифицируется с повышением температуры. Продолжительность выдержки зависит от объемного насыпного веса гранул и составляет при 20—30 кг/мг примерно 6—24 ч. Снижение насыпного веса вызывает увеличение срока выдержки. Максимальный срок выдержки вспененных гранул — не более 14 суток: при большем времени выдерживания изопентан улетучивается и способность гранул к вспениванию снижается.
Для формования изделия вспененные гранулы помешают в форму, где они занимают 60—70% ее объема. Остальной объем приходится на меж гранульное пространство. При вторичном нагревании полистирол опять размягчается и переходит в вязкотекучее состояние В ячейках гранул создается парциальное давление паров изопентана, воды и воздуха, результате чего гранулы увеличиваются в объеме. Увеличение объема гранул ведет к полному заполнению объема формы. Гранулы, уплотняясь деформируются и превращаются в многогранники. В местах контакта отдельные гранулы свариваются (сплавляются), в результате чего образуется монолитное изделие.
Во время вторичного вспенивания стенки формы испытывают давление, величина которого в основном зависит от объемного веса пенопласта.
Кривая давления, оказываемого вспенивающей массой гранул на стенки формы, в зависимости от времени вторичного вспенивания имеет резко выраженный максимум. По достижении этого максимального давления можно фиксировать время окончания процесса формования. Следует отметить, что своевременное окончание процесса формования решающим образом
влияет на качество пенополистирола. При преждевременном окончании гранулы недостаточно вспениваются, плохо сплавляются. При излишнем времени формования ячейки гранул разрушаются и возникают усадочные явления. В обоих случаях наблюдается резкое снижение механических показателей и качества изделия.
При охлаждении пенопласта после окончательного вспенивания в ячейках гранул, так же как и при охлаждении после предварительного вспенивания, создается вакуум. Остов пенопласта должен сопротивляться разнице давлений в ячейках до тех пор, пока воздух не заполнит ячейки. Поэтому полученные изделия из пенополистирола постепенно охлаждают в формах до температуры 40—50 С, после чего их извлекают.
Полученные изделия желательно подсушивать, так как затянутая вакуумом в ячейки гранул влага будет повышать вес и снижать коэффициент теплопроводности материала. Получить изделия из пенополистирола с объемным весом более 10 кг/м3 можно одностадийным способом, так как давление паров изопентана и воды становится достаточным для заполнения материалом всего объема формы, его уплотнения и склеивания. Технология получения. Производство пенопласта организовывается по технологическом схеме, которая предусматривает двухстадийную тепловую обработку суспензионного полистирола(двухкратное вспенивание). Организация производства на различных предприятиях различается конструкциями применяемого оборудования. Выбор оборудования определяется в основном требуемой конфигурацией и объемным весом изделий, получаемых из пенополистирола. Кроме того, пенопласт можно изготавливать непосредственно в строительных конструкциях.


755