Получение пенополистирола беспрессовым методом
Вспенивание отдельных гранул кроме простоты аппаратурного оформления технологической схемы имеет ряд преимуществ перед вспениванием больших блоков. Во-первых, из гранул можно изготавливать изделия очень сложной конфигурации, что невозможно сделать из блока. Во-вторых, ввиду плохой теплопроводности полистирола отдельные гранулы вспениваются в 5—10 раз быстрее, чем целый блок.
Сырьем для производства пенополистирола беспрессовым методом является суспензионный (бисерный) полистирол в виде гранул размером 0,5—3 мм, который получают путем суспензионной полимеризации стирола; при этом вводится 4—5% изопентана.
Выпускают также суспензионный полистирол с пониженной горючестью (самозатухающий) (ПСБС). Для снижения горючести во время полимеризации стирола вводят тетрабромпараксилол в количестве 4—5%.
Технология получения. Сущность процесса получения ПСБ заключается в том, что под влиянием повышенной температуры (80° и выше) полистирол переходит из стеклообразного состояния в вязкотекучее, а изопентан, вскипая при температуре выше 28°, давлением паров вспенивает гранулу полистирола.
Основной же фактор, который позволяет получить пенополистирол беспрессовым методом, заключается в том, что отдельные гранулы гидрофобного материала, каким является полистирол, способны свариваться друг с другом в присутствии воды при сравнительно невысоких температурах (90—100°).|
Технологический процесс производства пенополистирола ПСБ включает следующие операции: предварительное вспенивание гранул (первичное вспенивание); сушка вспененных гранул (если требуется) и их выдержка; формирование изделий (вторичное вспенивание); охлаждение отформованных изделий или блоков; резка блоков на плиты или изделия требуемых размеров.
При первичном вспенивании в гранулах образуются равномерно распределенные ячейки размером 50—150 мк в форме многогранников, заполненные парами изопентана.
Гранулы расширяются при нагревании не только за счет давления паров изопентана. Кроме того, на дальнейшее вспенивание большое влияние оказывает диффузия паров воды в образовавшиеся ячейки. Перед выдерживанием, если гранулы имеют влажность более 25%, необходимо высушить их при температуре не более 40°.
Выдерживают гранулы при температуре не выше 28°, так как диффузия изопентана из ячеек гранулы интенсифицируется с повышением температуры. Продолжительность выдержки зависит от объемной насыпной массы гранул и составляет при 20—30 г/л примерно 6—24 ч. При выдержке необходимо добиваться того, чтобы давление в ячейках гранулы сравнялось с атмосферным.
Для формования изделия вспененные гранулы помещают в форму, в которой они занимают 60—70% ее объема (остальной объем приходится на межгранульное пространство). При вторичном нагревании полистирол опять размягчается и переходит в вязкотекучее состояние. В ячейках гранул создается парциальное давление паров изопентана, воды и воздуха, в результате чего гранулы увеличиваются в объеме.|
С увеличением объема гранулы полностью заполняют объем формы. При уплотнении гранулы деформируются, превращаясь в многогранники. В местах контакта происходит сваривание (сплавление) отдельных гранул, в результате чего образуется монолитное изделие.
При охлаждении пенопласта после окончательного вспенивания в ячейках гранул создается вакуум, как и при охлаждении после предварительного вспенивания. Остов пенопласта должен сопротивляться разнице давлений в ячейках и атмосферным до тех пор, пока воздух не заполнит ячейки. Поэтому охлаждать полученные изделия из пенополистирола следует постепенно в формах до температуры 40—50°, после чего их извлекают из форм.
Полученные изделия нужно подсушивать, так как затянутая вакуумом в ячейки гранул влага будет повышать объемный вес и снижать коэффициент теплопроводности материала.
При получении изделий из пенополистирола с объемной массой более 40 кг/м³ их можно изготовить одностадийным способом, так как давления паров изопентана и воды будет достаточно для заполнения материалом всего объема формы, его уплотнения и склеивания.
Производство пенополистирола в СССР велось по описанной выше технологической схеме, но на различных предприятиях оно различалось конструкциями применяемого оборудования. Оборудование выбиралось с учетом требуемой конфигурации и объемной массы получаемых изделий.|
Предварительное вспенивание суспензионного полистирола можно осуществлять при помощи горячей воды, паром или токами высокой частоты, нагреванием бисерного полистирола до температуры 90—120°. Для проведения этой операции используют различные виды вспенивателей периодического и непрерывного действия с различными теплоносителями.
При небольших объемах производства более целесообразно предварительно вспенивать полистирол в периодических вспенивателях при помощи горячей воды, так как в этом случае требуется весьма несложное оборудование. При значительных объемах производства пенополистирола более выгодно применять пар, который позволяет автоматизировать процесс предварительного вспенивания полистирола. При этом гранулы увлажняются незначительно и отпадает необходимость их сушки.
К периодическим вспенивателям относят водяные ванны, куда бисерный полистирол загружают из расчета около 500 г/м² поверхности ванны. Вспенивание происходит при температуре 95—98° в течение 2—5 мин.
Имеются также периодические вспениватели, представляющие собой цилиндрические резервуары из стали, снабженные мешалкой. Теплоносителем служит вода, подогреваемая паром. Гранулы загружают вручную или через механические заслонки. Процесс контролируют визуально через смотровое стекло. Непрерывными вспенивателями являются механические (рис. 48), шнековые, барабанные и установки предварительного вспенивания (УПВ) и др.
(рис. 48) Схема механического вспенивателя: 1 — бак; 2 — барботер: 3 — шнек; 4 — бункер; 5 — дозатор; 6 — раструб; 7 — люк для вспененных гранул|
Шнековый вспениватель представляет собой трубу диаметром 200 мм, внутри которой имеется шнек, с помощью которого суспензионный полистирол перемещается с определенной скоростью от загрузочного отверстия до выхода. Трубчатый корпус шнека имеет паровую рубашку, куда поступает пар давлением 0,9—1,1 ат, благодаря чему там создается температура 95—102°. Время прохождения суспензионного полистирола в зависимости от заданных свойств изделий принимают 1—2 мин. Гранулы вспениваются и выходят из вспенивателя с 16—20%-ной (по весу) влажностью. Производительность шнекового вспенивателя составляет 1—2,5 м³/ч.
В барабанном вспенивателе бисерный полистирол вспенивается паром под давлением 0,7—0,9 ат, подаваемым во вращающийся барабан. Бисер поступает через ячейковый дозатор с помощью пара и вдувается во вращающийся барабан через паровой эжектор. Время вспенивания составляет 3—6 мин в зависимости от заданной объемной массы вспененных гранул; регулируют его различной скоростью вращения барабана. Производительность вспенивателя 4,5—5,5 м³/ч, расход пара составляет 150 кг/ч. Из барабанного вспенивателя гранулы выходят с влажностью в 30—50%.
В установке для предварительного вспенивания марки УПВ-1 суспензионный полистирол предварительно вспенивается в турбулентном потоке воды. Такой поток создается воздухом, подаваемым компрессором. Вода нагревается при помощи паровых регистров.
Производительность УПВ-1 составляет 65 кг/ч; расход пара на вспенивание 22—43 кг/ч, воздуха — 42—84 м³/ч и воды — 0,7 м³/ч. В установке предварительного вспенивания УПВ-2 суспензионный полистирол вспенивается при помощи паровоздушной смеси.|
Сушат вспененные гранулы обычно теплым воздухом с температурой 40—60° во время транспортировки гранул в бункера вылеживания. Применяют также пневматические сушилки.
Выдерживают гранулы в бункерах в течение 6—24 ч и более. Максимальный срок выдержки вспененных гранул составляет 14 суток, так как при большем времени выдерживания улетучивается изопентан и снижается вспенивающая способность гранул.
Вторичное вспенивание (формование изделия) в зависимости от требуемой конфигурации и объемной массы изделий из пенополистирола можно осуществлять на различном оборудовании периодического и непрерывного действия с использованием различных теплоносителей.
Выбор того или иного способа формования изделий, как и при предварительном вспенивании, определяется необходимым объемом производства и имеющимися энергетическими ресурсами.
К формовочным агрегатам периодического действия можно отнести переносные и стационарные формы различных конструкций. Переносные формы изготовляют из нержавеющей стали или алюминия с плотно закрывающимися крышками. Формы имеют перфорации для выхода воздуха и воды. Размеры форм обычно небольшие (например, 900X650X100 мм).
Вторичное вспенивание гранул в переносных перфорированных формах осуществляют в горячей воде или в среде пара в автоклаве. Автоклавы рассчитаны на рабочее давление пара 1,2—1,3 ат. Температура вторичного вспенивания 90—100°, продолжительность его 30—45 мин. Некоторые конструкции форм имеют ложное днище, куда подается острый пар для вторичного вспенивания.|
Для вторичного вспенивания гранул токами высокой частоты применяют токонепроводящие формы, в которые закладывают предварительно вспененные гранулы полистирола с влажностью 30—50%. Вследствие низкой диэлектрической проницаемости полистирола основная часть энергии расходуется на разогревание воды до кипения. Образовавшиеся пары воды нагревают гранулы, в результате чего происходит их вторичное вспенивание и склеивание. Стационарные формы позволяют получать блоки значительных размеров (рис. 49).
(рис. 49) Общий вид формы для вторичного вспенивания (формования изделия)
Формы оборудуют обычно гидравлическими затворами для смыкания и раскрытия стенок и гидравлическими выталкивателями. Материал прогревают обычно перегретым паром с давлением 1,5—4,0 ат; охлаждают его водой.
Некоторые конструкции стационарных форм имеют пустотообразователи, которые располагают как в продольном, так и в поперечном направлениях. В этих формах можно изготовлять пустотелые блоки из пенополистирола. Пустотообразователи представляют собой металлические перфорированные трубки различного сечения, по которым подается пар в массу гранул.
В стационарных формах возможно изготовление сразу трехслойных панелей. Во время вторичного вспенивания происходит одновременно приформование пенополистирола к листам обшивок и обрамление панели.
К формовочным агрегатам для вторичного вспенивания непрерывного действия относят конвейерные линии, карусельные машины, установки по получению пенополистирола непрерывным методом горизонтального и вертикального типа и др.|
Конвейерная линия представляет собой конструкцию из форм, движущихся по замкнутой линии. Непрерывное формование происходит в несколько стадий: загрузка вспененных гранул в форму, замыкание формы, тепловая обработка в пропарочной камере, остывание, размыкание формы и извлечение изделия. Карусельная машина представляет собой круглый стол, на котором размещено шесть форм (рис. 50).
(рис. 50) Схема карусельной машины: 1 — карусель с приводом; 2 — форма; 3 — механизм сталкивания; 4 — дозирующее устройство; 5 — гидравлический пресс; 6 — механизм дозирования; 7 — подъемник; 8 — распределительная станция; 9 — насосная станция
Операции загрузки, прогрева, охлаждения и выгрузки форм осуществляются последовательно после каждого очередного поворота стола карусельной машины. Термообработку материала производят перегретым паром с температурой 110—120° и давлением 1,7 ат в течение 4 мин. Охлаждают формы водой до температуры 50°. Отформованный блок освобождается от формы при помощи гидравлического выталкивателя.
Максимальный размер формуемых изделий 1000X1000X300 мм; производительность карусельной машины 7,5 шт/ч, что равно 2,25 м³/ч; расход пара 250 кг/ч.|
Установки непрерывного действия позволяют получать непрерывную ленту пенополистирола с объемной массой 20—40 кг/м³. Одна из схем таких установок показана на рис. 51.
(рис. 51) Схема установки непрерывного действия для производства пенопласта: 1 — бункер исходного сырья; 2 — тарельчатый питатель; 3 — шнек предварительного вспенивания; 4 — бункер-смеситель; 5 — цепной конвейерный спекатель (транспортер); 6 — ленточный конвейерный охладитель (ленточный транспортер); 7 — резательное устройство; 8 — бак приготовления смазки
Формующий агрегат состоит из четырех основных узлов: цепного транспортера, который является формующим органом; ленточного транспортера, предназначенного для охлаждения готового бруса размером 1200×100 мм; мундштука, связывающего оба транспортера, и резательного устройства. Пар с температурой 99—102° подается в верхнюю и нижнюю паровые камеры. Охлаждается брус пенопласта в вакууме давлением 200 мм вод. ст., который способствует испарению влаги. Время полного технологического цикла составляет 77,5 мин, производительность установки 9,22 м³/ч.
Установка для непрерывного получения пенополистирола может состоять из ленточных транспортеров: при этом две ленты расположены горизонтально друг над другом, образуя верх и дно камеры, а две других образуют переднюю и заднюю стенки камеры. Скорость движения лент 1,5 м/сек. Через перфорации в верхней и нижней лентах подается острый пар. Длина машины 3 м, ширина ленты 0,35 м, высота слоя пенопласта 10 см; производительность машины 0,3—0,5 м³/ч.|
Одна из установок представляет собой горизонтальный конвейер, состоящий из 49 тележек размером 250X500 мм. Верхняя ветвь конвейера образует непрерывный желоб прямоугольного сечения. По длине установка разделена на три зоны: зону нагрева, зону охлаждения и переходную зону, разделяющую две последние. В зоне нагрева плита снабжена рубашкой, в которую подается пар, причем участок плиты, закрытый рубашкой, имеет перфорацию по ширине конвейера.
В зоне охлаждения плита имеет рубашку, в которую поступает холодная вода, а под рабочей ветвью конвейера и около боковых стенок тележек установлены перфорированные трубы, из которых днища и боковые стенки тележек орошаются водой. Плиты нужной длины отрезают от непрерывного блока дисковой пилой. Средняя производительность такой установки 2,66 м³/ч; средний расход пара с давлением 1,0—1,5 ат на 1 м³ изделий составляет 61 кг.
Блоки из пенополистирола с объемной массой 20—25 кг/см³ имеют сечение 500X 100 мм, длину — от 800 до 6000 см.
Сушат отформованные изделия и блоки в сушильных камерах при температуре 40—60°, где их выдерживают примерно в течение 1—3 суток. Окончательная сушка изделий до 12—20% происходит на складе готовой продукции.
Блоки режут на плиты или изделия требуемых размеров дисковыми пилами или на калибровочных станках горячей струной (нихромовая проволока), по которой пропускается электрический ток напряжением до 50 в.|
В нашей стране действует ряд цехов по выпуску пенополистирола ПСБ, технологические схемы которых представляют различные комбинации из рассмотренного выше оборудования. Например, на Гаргждайском комбинате стройматериалов первичное вспенивание происходит в шнеке, а вторичное — в переносных формах. На Минском заводе строительных изделий первичное вспенивание осуществляется в шнеке, а формование блоков — на непрерывной установке с цепным транспортером. На Мытищинском комбинате «Стройпластмасс» первичное вспенивание происходит в вертикальных периодических вспенивателях, а формование — на установке непрерывного действия.
Самозатухающий пенополистирол ПСБ-С получают по описанным выше технологическим схемам без изменения технологических параметров.
Свойства и область применения. Пенополистирол марок ПСБ и ПСБ-С изготовляют по ГОСТ 15588—70 в виде плит следующих размеров: длина от 900 до 2000 мм с интервалом 50 мм; ширина от 50 до 1000 мм с интервалом 50 мм; толщина 25, 33, 50 и 100 мм.
Пенополистирол ПСБ представляет собой тонкоячеистые сферические гранулы, спекшиеся друг с другом. Внутри каждой частицы заключены микропоры, а между частицами имеются пустоты различных размеров. Объем пустот составляет обычно 3—6%, а объем микропустот — 94—97%.
Физико-механические свойства ПСБ и ПСБ-С зависят от качества суспензионного полистирола, его гранулометрического состава, методов и режимов первичной и окончательной термообработки и в большей степени от объемной массы.|
Согласно ГОСТ 15588—70, плиты теплоизоляционные из пенопласта полистирольного в зависимости от объемной массы подразделяют на марки: ПСБ-20, 25, 30 и 40; ПСБ-С-25, 30 и 40, что означает соответственно 20÷40 кг/м³. По физико-механическим показателям плиты должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 22.
Таблица 22. Физико-механические показатели плит из пенопласта полистирольного
Плиты ПСБ-С при определении времени самостоятельного горения не должны гореть более 5 сек после удаления источника огня. Влажность плит не должна превышать 15%. Относительное сжатие при температуре 70° (теплостойкость) должно быть не более 5% под нагрузкой 0,05 кГ/см².
Пенополистирол ПСБ, как и марок ПС-1 и ПС-4, в диапазоне частот 100—1000 гц имеет низкий коэффициент звукопоглощения, вследствие того что поры в нем в основном закрытые. Коэффициент звукопоглощения ПСБ повышается только при частотах в диапазоне от 2000 до 5000 гц.
Операция обжатия ПСБ, как и пенополистирола ПС-1 и ПС-4, снижает динамический модуль упругости и повышает звукоизоляционные качества от ударных и воздушных шумов.
Пенополистирол марок ПСБ и ПСБ-С широко применяют для изготовления плит покрытий и оболочек, утепления крыш, покрытий и сфер различных конструкций, наружных стен и их стыков, внутренних стен и перегородок, полов, трубопроводов и резервуаров и др.
36051 всего просмотров, 0 просмотров за сегодня
