Вспенивание окремих гранул крім простоти апаратурного оформлення технологічної схеми має ряд переваг перед вспениванием великих блоків. По-перше, з гранул можна виготовляти вироби дуже складної конфігурації, що неможливо зробити з блоку. По-друге, з огляду на поганий теплопровідності полістиролу окремі гранули вспеніваются в 5-10 разів швидше, ніж цілий блок.
Сировиною для виробництва пінополістиролу безпресовим методом є суспензійний (бісерний) полістирол у вигляді гранул розміром 0,5-3 мм, який отримують шляхом суспензійний полімеризації стиролу; при цьому вводиться 4-5% изопентана.
Випускають також суспензійний полістирол зі зниженою горючістю (самозатухаючий) (ПСБС). Для зниження горючості під час полімеризації стиролу вводять тетрабромпараксілол в кількості 4-5%.
Технологія отримання. Сутність процесу отримання ПСБ полягає в тому, що під впливом підвищеної температури (80 ° і вище) полістирол переходить зі склоподібного стану в в'язкотекучий, а ізопентан, скипаючи при температурі вище 28 °, тиском пари спінює гранулу полістиролу.
Основний же фактор, який дозволяє отримати пінополістирол безпресовим методом, полягає в тому, що окремі гранули гидрофобного матеріалу, яким є полістирол, здатні зварюватись один з одним в присутності води при порівняно невисоких температурах (90-100 °). |
Технологічний процес виробництва пінополістиролу ПСБ включає наступні операції: попереднє спінення гранул (первинне вспенивание); сушка спінених гранул (якщо потрібно) і їх витримка; формування виробів (вторинне спінення); охолодження відформованих виробів або блоків; різання блоків на плити або вироби необхідних розмірів.
При первинному вспіненні в гранулах утворюються рівномірно розподілені осередки розміром 50-150 мк в формі багатогранників, заповнені парами изопентана.
Гранули розширюються при нагріванні не тільки за рахунок тиску парів изопентана. Крім того, на подальше вспенивание великий вплив робить дифузія парів води в утворилися осередки. Перед витримкою, якщо гранули мають вологість більше 25%, необхідно висушити їх при температурі не більше 40 °.
Витримують гранули при температурі не вище 28 °, так як дифузія изопентана з осередків гранули інтенсифікується з підвищенням температури. Тривалість витримки залежить від об'ємної насипної маси гранул і становить при 20-30 г / л приблизно 6-24 год. При витримці необхідно домагатися того, щоб тиск в осередках гранули зрівнялося з атмосферним.
Для формування виробу спінені гранули поміщають в форму, в якій вони займають 60-70% її обсягу (решта обсягу припадає на міжгранульних простір). При вторинному нагріванні полістирол знову розм'якшується і в в'язкотекучий стан. В осередках гранул створюється парціальний тиск парів изопентана, води і повітря, в результаті чого гранули збільшуються в обсязі. |
Зі збільшенням обсягу гранули повністю заповнюють обсяг форми. При ущільненні гранули деформуються, перетворюючись в багатогранники. У місцях контакту проходить зварювання (сплав) окремих гранул, в результаті чого утворюється монолітний виріб.
При охолодженні пінопласту після остаточного спінювання в осередках гранул створюється вакуум, як і при охолодженні після попереднього спінювання. Остов пінопласту повинен опиратися різниці тисків в осередках і атмосферних до тих пір, поки повітря не заповнить осередку. Тому охолоджувати отримані вироби з пінополістиролу слід поступово в формах до температури 40-50 °, після чого їх виймають з форм.
Отримані вироби потрібно підсушувати, так як затягнута вакуумом в осередку гранул волога буде підвищувати об'ємну вагу і знижувати коефіцієнт теплопровідності матеріалу.
При отриманні виробів з пінополістиролу з об'ємною масою понад 40 кг / м³ їх можна виготовити одностадійним способом, так як тиску парів изопентана і води буде достатньо для заповнення матеріалом всього обсягу форми, його ущільнення і склеювання.
Виробництво пінополістиролу в СРСР велося за описаною вище технологічною схемою, але на різних підприємствах воно відрізнялося конструкціями, що застосовується. Устаткування вибиралося з урахуванням необхідної конфігурації і об'ємної маси одержуваних виробів. |
Попереднє спінення суспензійного полістиролу можна здійснювати за допомогою гарячої води, парою або струмами високої частоти, нагріванням бісерного полістиролу до температури 90-120 °. Для проведення цієї операції використовують різні види Вспениватель періодичного і безперервного дії з різними теплоносіями.
При невеликих обсягах виробництва більш доцільно попередньо вспінювати полістирол в періодичних Вспениватель за допомогою гарячої води, так як в цьому випадку потрібно дуже нескладне обладнання. При значних обсягах виробництва пінополістиролу більш вигідно застосовувати пар, який дозволяє автоматизувати процес попереднього спінювання полістиролу. При цьому гранули воложаться незначно і відпадає необхідність їх сушіння.
До періодичним Вспениватель відносять водяні ванни, куди бісерний полістирол завантажують з розрахунку близько 500 г / м² поверхні ванни. Вспенивание відбувається при температурі 95-98 ° протягом 2-5 хв.
Є також періодичні піноутворювача, що представляють собою циліндричні резервуари зі сталі, забезпечені мішалкою. Теплоносієм служить вода, що підігрівається парою. Гранули завантажують вручну або через механічні заслінки. Процес контролюють візуально через оглядове скло. Безперервними Вспениватель є механічні (рис. 48), шнекові, барабанні та установки попереднього спінювання (УПВ) і ін.
(Рис. 48) Схема механічного вспенивателя: 1 - бак; 2 - барботер: 3 - шнек; 4 - бункер; 5 - дозатор; 6 - розтруб; 7 - люк для спінених гранул |
Шнековий спінювач є трубою діаметром 200 мм, всередині якої є шнек, за допомогою якого суспензійний полістирол переміщається з певною швидкістю від завантажувального отвору до виходу. Трубчастий корпус шнека має парову сорочку, куди надходить пар тиском 0,9-1,1 ат, завдяки чому там створюється температура 95-102 °. Час проходження суспензійного полістиролу в залежності від заданих властивостей виробів приймають 1-2 хв. Гранули вспеніваются і виходять з піноутворювача з 16-20% -ної (по вазі) вологістю. Продуктивність шнекового вспенивателя становить 1-2,5 м³ / год.
В барабанному піноутворювачі бісерний полістирол спінюється парою під тиском 0,7-0,9 ат, що подається в обертовий барабан. Бісер надходить через осередковий дозатор за допомогою пари і вдувається в обертовий барабан через паровий ежектор. Час спінювання становить 3-6 хв залежно від заданої об'ємної маси спінених гранул; регулюють його різною швидкістю обертання барабана. Продуктивність вспенивателя 4,5-5,5 м³ / год, витрата пара становить 150 кг / год. З барабанного вспенивателя гранули виходять з вологістю в 30-50%.
В установці для попереднього спінювання марки УПВ-1 суспензійний полістирол попередньо спінюється в турбулентному потоці води. Такий потік створюється повітрям, що подається компресором. Вода нагрівається за допомогою парових регістрів.
Продуктивність УПВ-1 становить 65 кг / год; витрата пара на вспенивание 22-43 кг / год, повітря - 42-84 м³ / год і води - 0,7 м³ / год. В установці попереднього спінювання УПВ-2 суспензійний полістирол спінюється за допомогою пароповітряної суміші. |
Сушать спінені гранули зазвичай теплим повітрям з температурою 40-60 ° під час транспортування гранул в бункера вилежування. Застосовують також пневматичні сушарки.
Витримують гранули в бункерах протягом 6-24 год і більше. Максимальний термін витримки спінених гранул становить 14 діб, так як при більшому часу витримування випаровується ізопентан і знижується вспенивающем здатність гранул.
Вторинне спінення (формування виробу) в залежності від необхідної конфігурації і об'ємної маси виробів з пінополістиролу можна здійснювати на різному устаткуванні періодичної і безперервної дії з використанням різних теплоносіїв.
Вибір того чи іншого способу формування виробів, як і при попередньому вспіненні, визначається необхідним обсягом виробництва і наявними енергетичними ресурсами.
До формувальних агрегатів періодичної дії можна віднести переносні і стаціонарні форми різних конструкцій. Переносні форми виготовляють з нержавіючої сталі або алюмінію з щільно закриваються кришками. Форми мають перфорації для виходу повітря і води. Розміри форм зазвичай невеликі (наприклад, 900X650X100 мм).
Вторинне спінення гранул в переносних перфорованих формах здійснюють в гарячій воді або в середовищі пари в автоклаві. Автоклави розраховані на робочий тиск пара 1,2-1,3 ат. Температура вторинного спінювання 90-100 °, тривалість його 30-45 хв. Деякі конструкції форм мають хибне днище, куди подається гострий пар для вторинного спінювання. |
Для вторинного спінювання гранул струмами високої частоти застосовують струмонепровідних форми, в які закладають попередньо спінені гранули полістиролу з вологістю 30-50%. Внаслідок низької діелектричної проникності полістиролу основна частина енергії витрачається на розігрівання води до кипіння. Утворилися пари води нагрівають гранули, в результаті чого відбувається їх вторинне спінення і склеювання. Стаціонарні форми дозволяють отримувати блоки значних розмірів (рис. 49).
(Рис. 49) Загальний вигляд форми для вторинного спінювання (формування виробу)
Форми обладнають зазвичай гідравлічними затворами для змикання і розкриття стінок і гідравлічними виштовхувачами. Матеріал прогрівають зазвичай перегрітою парою з тиском 1,5-4,0 ат; охолоджують його водою.
Деякі конструкції стаціонарних форм мають пустотоутворювач, які мають у своєму розпорядженні як в поздовжньому, так і в поперечному напрямках. У цих формах можна виготовляти порожнисті блоки з пінополістиролу. Пустотоутворювач представляють собою металеві перфоровані трубки різного перетину, за якими подається пар в масу гранул.
У стаціонарних формах можливе виготовлення відразу тришарових панелей. Під час вторинного спінювання відбувається одночасно пріформованіе пінополістиролу до листів обшивок і обрамлення панелі.
До формувальних агрегатів для вторинного спінювання безперервної дії відносять конвеєрні лінії, карусельні машини, установки по отриманню пінополістиролу безперервним методом горизонтального і вертикального типу та ін. |
Конвеєрна лінія являє собою конструкцію з форм, що рухаються по замкнутій лінії. Безперервне формування відбувається в кілька стадій: завантаження спінених гранул в форму, замикання форми, теплова обробка в пропарювальної камері, охолодження, розмикання форми і витяг вироби. Карусельна машина являє собою круглий стіл, на якому розміщено шість форм (рис. 50).
(Рис. 50) Схема карусельної машини: 1 - карусель з приводом; 2 - форма; 3 - механізм зіштовхування; 4 - дозуючий пристрій; 5 - гідравлічний прес; 6 - механізм дозування; 7 - підйомник; 8 - розподільна станція; 9 - насосна станція
Операції завантаження, прогріву, охолодження і вивантаження форм здійснюються послідовно після кожного чергового повороту столу карусельної машини. Термообробку матеріалу виробляють перегрітою парою з температурою 110-120 ° і тиском 1,7 ат протягом 4 хв. Охолоджують форми водою до температури 50 °. Відформований блок звільняється від форми за допомогою гідравлічного поршня.
Максимальний розмір формованих виробів 1000X1000X300 мм; продуктивність карусельної машини 7,5 шт / год, що дорівнює 2,25 м³ / год; витрата пара 250 кг / год. |
Установки безперервної дії дозволяють отримувати безперервну стрічку пінополістиролу з об'ємною масою 20-40 кг / м³. Одна зі схем таких установок показана на рис. 51.
(Рис. 51) Схема установки безперервної дії для виробництва пінопласту: 1 - бункер вихідної сировини; 2 - тарільчасте живильник; 3 - шнек попереднього спінювання; 4 - бункер-змішувач; 5 - ланцюгової конвеєрний спекатель (транспортер); 6 - стрічковий конвеєрний охолоджувач (стрічковий транспортер); 7 - різальне пристрій; 8 - бак приготування мастила
Формующий агрегат складається з чотирьох основних вузлів: ланцюгового транспортера, який є формою органом; стрічкового транспортера, призначеного для охолодження готового бруса розміром 1200 × 100 мм; мундштука, що зв'язує обидва транспортера, і різального пристрою. Пар з температурою 99-102 ° подається в верхню і нижню парові камери. Охолоджується брус пінопласту в вакуумі тиском 200 мм вод. ст. який сприяє випаровуванню вологи. Час повного технологічного циклу складає 77,5 хв, продуктивність установки 9,22 м³ / год.
Установка для безперервного отримання пінополістиролу може складатися з стрічкових транспортерів: при цьому дві стрічки розташовані горизонтально один над одним, утворюючи верх і дно камери, а дві інших утворюють передню і задню стінки камери. Швидкість руху стрічок 1,5 м / сек. Через перфорації у верхній і нижній стрічках подається гострий пар. Довжина машини 3 м, ширина стрічки 0,35 м, висота шару пінопласту 10 см; продуктивність машини 0,3-0,5 м³ / год. |
Одна з установок є горизонтальним конвеєр, що складається з 49 візків розміром 250X500 мм. Верхня гілка конвеєра утворює безперервний жолоб прямокутного перетину. По довжині установка розділена на три зони: зону нагріву, зону охолодження і перехідну зону, що розділяє дві останні. У зоні нагріву плита забезпечена сорочкою, в яку подається пар, причому ділянку плити, закритий сорочкою, має перфорацію по ширині конвеєра.
У зоні охолодження плита має сорочку, в яку надходить холодна вода, а на внутрішній стороні робочої гілкою конвеєра і біля бічних стінок візків встановлені перфоровані труби, з яких днища і бічні стінки візків зрошуються водою. Плити потрібної довжини відрізають від безперервного блоку дисковою пилкою. Середня продуктивність такої установки 2,66 м³ / год; середня витрата пара з тиском 1,0-1,5 ат на 1 м³ виробів становить 61 кг.
Блоки з пінополістиролу з об'ємною масою 20-25 кг / см мають перетин 500X 100 мм, довжину - від 800 до 6000 см.
Сушать відформовані вироби і блоки в сушильних камерах при температурі 40-60 °, де їх витримують приблизно протягом 1-3 діб. Остаточне сушіння виробів до 12-20% відбувається на складі готової продукції.
Блоки ріжуть на плити або вироби необхідних розмірів дисковими пилами або на калібрувальних верстатах гарячої струною (нихромовая дріт), по якій пропускається електричний струм напругою до 50 в. |
У нашій країні діє ряд цехів з випуску пінополістиролу ПСБ, технологічні схеми яких представляють різні комбінації з розглянутого вище устаткування. Наприклад, на Гаргждайском комбінаті будматеріалів первинне вспенивание відбувається в шнеку, а вторинне - в переносних формах. На Мінському заводі будівельних виробів первинне вспенивание здійснюється в шнеку, а формування блоків - на безперервної установці з ланцюговим транспортером. На Митищинському комбінаті «Стройпластмасс» первинне вспенивание відбувається в вертикальних періодичних Вспениватель, а формування - на установці безперервного дії.
Самозгасаючий пінополістирол ПСБ-С отримують по описаним вище технологічними схемами без зміни технологічних параметрів.
Пінополістирол ПСБ являє собою тонкоячеістие сферичні гранули, що спеклися між собою. Усередині кожної частки укладені мікропори, а між частинками є порожнечі різних розмірів. Обсяг пустот становить зазвичай 3-6%, а обсяг мікропорожнеч - 94-97%.
Фізико-механічні властивості ПСБ і ПСБ-С залежать від якості суспензійного полістиролу, його гранулометричного складу, методів і режимів первинної та остаточної термообробки і більшою мірою від об'ємної маси. |
Згідно ГОСТ 15588-70, плити теплоізоляційні з пінопласту полістирольного в залежності від об'ємної маси підрозділяють на марки: ПСБ-20, 25, 30 і 40; ПСБ-С-25, 30 і 40, що означає відповідно 20 ÷ 40 кг / м³. За фізико-механічними показниками плити повинні відповідати вимогам, зазначеним в табл. 22.
Таблиця 22. Фізико-механічні показники плит з пінопласту полістирольного
Плити ПСБ-С при визначенні часу самостійного горіння не повинні горіти понад 5 сек після видалення джерела вогню. Вологість плит не повинна перевищувати 15%. Відносне стиснення при температурі 70 ° (теплостійкість) має бути не більше 5% під навантаженням 0,05 кг / см².
Операція обтиску ПСБ, як і пінополістиролу ПС-1 і ПС-4, знижує динамічний модуль пружності і підвищує звукоізоляційні якості від ударних і повітряних шумів.
Пінополістирол марок ПСБ і ПСБ-С широко застосовують для виготовлення плит покриттів і оболонок, утеплення дахів, покриттів і сфер різних конструкцій, зовнішніх стін і їх стиків, внутрішніх стін і перегородок, підлог, трубопроводів і резервуарів і ін.