Технология производства пенопласта: метод вспенивания гранул полистирола

Как изготавливают пенополистирол

Рассмотрены все этапы технологии производства пенопласта. Перечислено оборудование, необходимое для изготовления этого материала. Даны рекомендации, с которыми нужно обязательно ознакомиться перед покупкой.

Многие из нас не раз встречали пенополистирол, пробовали его на ощупь, что-то изготавливали из него, использовали его в строительстве, для обустройства дома. Однако далеко не все знают, какова технология изготовления пенопласта, каковы ее особенности.

Как ни странно, но в производстве этого материала нет ничего сверхсложного. И примечательно то, что сейчас на рынке появилось довольно много некачественного пенополистирола, который изготовлен без учета соответствующих норм и правил.

Некоторые умельцы умудряются создать небольшую производственную линию даже в обычном гараже. Да, не удивляйтесь.

И это нужно обязательно учитывать при покупке — не все Васи Пупкины строго придерживаются предписанных технологических норм. Да и какие нормы могут быть в гараже?

Как изготавливают пенопласт

Ранее мы рассказывали, что такое пенополистирол. Помним, что этот материал состоит из многочисленных ячеек, заполненных воздухом. Значит — процесс изготовления должен включать вспенивание материала.

Так и есть: процесс вспенивания — один из важных в производстве пенополистирола.

Однако это еще не всё.

Этапы технологии изготовления пенопласта

Обычно процесс включает в себя:

1. Вспенивание. В ходе выполнения этого процесса сырье помещают в специальную емкость (пенообразователь), где под действием давления (используется парогенератор) гранулы увеличиваются примерно в 20-50 раз. Операция выполняется в течение 5 минут. Когда гранулы достигают необходимого размера, оператор выключает парогенератор и выгружает вспененный материал из емкости.

2. Сушка полученных гранул. На данном этапе главная цель — удаление лишней влаги, оставшейся на гранулах. Делается это с помощью горячего воздуха — он направляется снизу вверх. При этом для лучшего просушивания гранулы встряхиваются. Этот процесс также длится недолго — около 5 минут.

3. Стабилизация (отлеживание). Гранулы помещают в бункеры, где и проходит процесс вылеживания. Продолжительность процесса — 4. 12 часов (зависит от температуры окружающего воздуха, величины гранул).

Важное примечание: технология изготовления пенополистирола может исключать 2-й этап (сушку). В таком случае стабилизация (отлеживание) будет длиться дольше — до 24 часов.

4. Выпекание. Этот этап производства пенопласта часто называют формованием. Суть заключается в том, чтобы соединить между собой полученные ранее гранулы. Для этого они помещаются в специальную форму, после чего под давлением и под действием высокой температуры водяного пара проходит процесс спекания гранул. Длится примерно 10 минут.

5. Созревание (вылеживание). Цель — избавить полученные листы пенополистирола от лишней влаги, а также от оставшихся внутренних напряжений. Для этого листы располагают в свободном месте производственного цеха на несколько суток. В ряде случаев созревание может проходить до 30 суток.

6. Резка. Изготовленные блоки пенопласта кладут на спецстанок, на котором блоки разрезаются на листы соответствующей толщины, длины, ширины. Этот производственный процесс выполняется с помощью нихромовых струн, нагретых до определенной температуры. Соответственно, проводят как горизонтальную, так и вертикальную резку блоков.

Вот так делают пенопласт.

Разумеется, после перечисленных 6-ти этапов может выполняться 7-й этап — переработка оставшихся обрезков. В результате чего они смешиваются с другими гранулами, которые потом будут подвергаться тем же процессам — спеканию, вылеживанию.

Оборудование, которое используется в ходе производства пенополистирола, показано в виде таблицы:

Технология изготовления пенопласта напрямую влияет на качество

Как мы говорили выше, сейчас рынок наполнен немалым количеством низкокачественного материала. Его могут производить в гаражах, каких-то складских помещениях.

Но основная проблема заключается не в том, где изготавливают материал (хотя окружающая среда также влияет на качество), главная проблема — не соблюдение всех правил изготовления пенопласта.

Какие могут быть отклонения от правильного производства пенополистирола?

Самые различные — начиная от некачественной грануляции и заканчивая плохой, неточной нарезкой блоков пенопласта на листы.

Некоторые умники вообще не проводят как таковую стабилизацию, вылеживание. Для них важна исключительно скорость изготовления пенополистирола.

«Чем больше — тем лучше — больше денег заработаем!»

Из-за этого характеристики пенопласта сильно ухудшаются:

  • он может получиться хрупким, непрочным,
  • гранулы могут быть плохо соединены между собой,
  • плотность может быть неравномерной.

Это может также происходить из-за низкокачественного, неисправного оборудования, которое использовалось при производстве — вспениватели, сушильные установки, компрессоры, парогенераторы и т.д.

И еще немаловажный момент: при плохой технологии изготовления пенопласт может иметь резкий, неприятный запах. Возможна такая картина: привезли новенькие листы пенополистирола домой, уложили в гараж или другое помещение и. вскоре услышали, что помещение наполнилось каким-то едким, неприятным запахом.

Это очень плохо. Это значит, что пенопласт еще во всю «парит», выделяя вредные вещества. Особенно опасно, когда такой низкосортный материал складывается в жилых помещениях.

Выводы по изготовлению пенопласта

  1. Технология довольно проста, но требует обязательного соблюдения всех предписанных норм и правил.
  2. Материал (который внешне будет похож на качественный) можно получить даже при значительных отклонениях от правил производства. И этим пользуются «кустарные» фирмы (нехорошие люди).

Поэтому: покупайте только продукцию надежных, проверенных производителей (которые следят за качеством). Проверяйте наличие у продавцов соответствующих сертификатов качества.

Теперь вы знаете, как делают пенопласт, знаете основные особенности технологии изготовления и какому материалу нужно отдавать предпочтение. Успехов!

Технология производства пенопласта: метод вспенивания гранул полистирола

звоните нам бесплатно по РФ

Оборудование для производства блоков и плит пенопластаОборудование для производства термопанелейОборудование для изделий из пенопластаМодернизация оборудования

Технологический процесс производства изоляционных пенополистирольных плит (пенопласта) состоит из следующих этапов:

1.1 Характеристика сырья.

В качестве исходного сырья используется вспенивающийся полистирол, представляющий собой продукт суспензионной полимеризации стирола в присутствии порообразователя (5-6% смеси пентана и изопентана), а также в незначительном количестве (для применения в строительстве) — антипирена на основе соединений брома (менее 1%.) Вспенивающийся суспензионный полистирол выпускают в виде сферических частиц, поверхность которых обработана различными веществами, предотвращающими скопление электростатических зарядов при транспортировке и улучшающими технологичность полимера при переработке. Типы и марки вспенивающегося полистирола могут быть различны у каждого производителя, поэтому нужно смотреть примеры условного обозначения в технической документации. Международное обозначение вспениваемого полистирола: EPS (Expandable PolyStyrene) — вспенивающийся полистирол, FS — самозатухающий полистирол, отечественные аналоги — ПСБ (Пенополистирол Суспензионный Беспрессовый), ПСБ-С (Пенополистирол Суспензионный Беспрессовый Самозатухающий).

1.2 Хранение сырья.

Полистирол вспенивающийся хранят в сухих и проветриваемых помещениях, на полках или поддонах, отстоящих от пола не менее, чем на 5 см.при температуре не выше 25 °С:

— при упаковке в картонные барабаны и контейнеры с полиэтиленовым вкладышем — 3,5 месяца;

— при упаковке в мягкие контейнеры и бумажные мешки с полиэтиленовым мешком-вкладышем — 3 месяца.

Упакованный материал не должен подвергаться прямому воздействию солнечных лучей и нагревательных приборов.

2. Технологическая схема.

Технологическая схема производства включает в себя следующие стадии: предварительное вспенивание гранул, вылеживание вспененных гранул, окончательное вспенивание и спекание в монолитную массу пенопласта.
В качестве теплоносителя на первой и третьей стадии используется насыщенный водяной пар.

2.1. Предварительное вспенивание сырья.

Это один из наиболее важных этапов в технологии производства пенопласта, оказывающий большое влияние на качество конечной продукции. Необходимое количество сырья загружается в предвспениватель, после чего подается пар под давлением. В результате этого гранулы сырья многократно увеличиваются в диаметре («вспениваются»). При достижении вспененными гранулами объема 1 м3 процесс подачи пара прекращается, происходит разгрузка предвспенивателя и транспортировка вспененных гранул пневмотранспортом в бункера выдержки.

Для изготовления различных марок пенополистирола по плотности, большое значение имеют:
— марки вспенивающегося полистирола, т.к. гранулы полистирола разного размера (фракции);
— количество подаваемого гранулята;
— параметры пара, подаваемого в предвспениватель;
— конечный объем вспененных гранул.
Время пребывания материала в предвспенивателе, также влияет на плотность:
— время слишком большое — предвспененные шарики начинают разрушаться (трескаться) и плотность увеличивается;
— время слишком маленькое (при высоких плотностях), тогда может быть значительный разброс по плотности и необходимо будет снижать температуру впуском небольшого количества воздуха и уменьшать интенсивность питания предвспенивателя.
Соотношение времени пребывания материала в предвспенивателе к плотности, показано на рис. 1

Для производства легких марок пенопласта (8-9 кг/куб.м) применяют двойное вспенивание. Вторично загружаемые гранулы должны быть хорошо насыщены воздухом, как правило, время вылеживание перед вторым вспениванием должны быть достаточным, при этом, чем меньше гранулы, тем короче должна быть эта стадия.

2.2. Сушка и выдержка вспененных гранул в бункерах дозревания.

Предвспененные гранулы слегка подсушиваются и охлаждаются в сушилке, в которую подается теплый воздух температурой 30-35°С сквозь перфорированную панель. Свежепредвспененные гранулы находятся под легким разряжением и очень чувствительны к изменениям внешней среды, поэтому они вентилятором «выдуваются» в бункера-накопители, где происходит стабилизация внутренних напряжений гранул.
В зависимости от используемого сырья время выдержки составляет 12 — 24 часа.
Температура окружающей среды кондиционирования гранул не должна быть ниже 16ºС, при более низкой температуре продолжительность кондиционирования увеличивается, а в летний период, при температуре свыше 20ºС время кондиционирования сокращают.
При транспортировке свежих гранул в силосы, их мнимая плотность увеличивается в результате столкновений со стенками трубопровода. Поэтому при установке параметров вспенивания необходимо учитывать увеличение плотности при транспортировке.
На стадии вылеживания, благодаря тому, что внутри гранулы давление ниже атмосферного, воздух начинает поступать в гранулу; вода и пентан «выдавливаются» из гранулы до момента стабилизации гранулы.
Данная стадия очень важна для последующего качественного формования.

Скорость диффузии воздуха в гранулу зависит от плотности, температуры и размера гранулы. Это относится и к скорости эмиссии пентана, т.к. из крупных гранул пентан улетучивается медленнее, чем из мелких, благодаря меньшему показателю отношения площади поверхности к массе.
Для хорошего формования необходимо содержание пентана на уровне 1,8-2,4 % для плотностей 40 кг/м3 и выше, если нужна плотность ниже 40 кг/м3 , содержание пентана должно быть 2,7-3,2 %.
Таким образом, чем ниже требуемая плотность, тем меньше время вылеживания (кондиционирования) предвспененных гранул.

2.3. Формование блока пенопласта в блок-форме.

После выдержки гранулы пневмотранспортом загружаются в блок-форму. Далее происходит их тепловая обработка, в результате чего гранулы повторно расширяются, формируя, таким образом, внутри установки блок пенопласта. Затем происходит процесс охлаждения отформованного блока путем создания установкой вакуумирования разряжения в рабочей камере блок-формы. Выталкивание готового блока из блок-формы выполняется либо толкателем, работающим от пневмоцилиндра, либо «пневмоподушкой», в зависимости от выбранной конструкции блок-формы.

Рис.3.1. Пример фазового цикла формования блоков без использования вакуума

Рис.3.2. Пример фазового цикла формования блоков с использованием вакуума

Самым важным фактором при подаче пара в блок-форму является то, что необходимо дать большой объем пара в минимально короткой промежуток времени. Для это необходимо удалить воздух из блок-формы до момента нагнетания давления. Это легко сделать с помощью устройства вакуумирования блокформы.
Важно также поддерживать постоянную высокую температуру формы, в противном случае значительно вырастет расход пара и пар становится насыщенным, что снижает качество сцепления гранул (связываемость).

Рис.4. Примерный расход пара в зависимости от температуры формы

Давление, которое блок оказывает на внутренние стенки формовочной камеры, составляет примерно 0,08 МПа. Для того, чтобы блок можно было вынуть из формы без его повреждения, это давление необходимо уменьшить до величины около 0,01 МПа.
Время, необходимое для уменьшения давления блока, то есть время охлаждения, зависит от марки пенопласта.

Рис.5. Примерное время охлаждения блока в зависимости от продолжительности кондиционирования

В фазе продувания и охлаждения применяется вакуум с целью интенсификации процесса запаривания и ускорения процесса охлаждения.
Наша компания поставляет блок-формы с различным способом производства: открытого и закрытого типа.
С применением блок-формы открытого типа Ваш цех может выпускать блоки и плиты неограниченной длины, однако закрытая блок-форма имеет большую производительность.

2.4. Выдержка блока.

После окончания процесса формования блоки кондиционируют. Кондиционирование проводится с целью снижения влажности и устранения внутренних напряжений, возникающих при формовании. Кроме того, при этом протекают процессы диффузии газов и выравнивания давления внутри гранул с атмосферным давлением, подобные процессам, происходящим при кондиционировании предварительно вспененных гранул.
Отформованные блоки перед нарезкой выдерживают течение 12 — 24 часов при нормальных условиях.

2.5. Нарезка блоков на листы.

Резка блоков, с целью получения листов пенопласта необходимых размеров, осуществляется на горизонтальной или вертикальной резке с помощью реостатной проволоки, нагретой до соответствующей температуры.

2.6. Дробление отходов.

Отходы производства измельчаются в дробильной установке, из которой по пневмотранспорту загружаются в отдельный накопительный бункер. Измельченный пенопласт (размеры получаемой крошки до 15 мм.) повторно используется в производстве пенополистирольных плит при добавлении его ко вновь вспененным гранулам в соотношении около 1:10.

Все о пенополистироле: опыт от практиков

Две схемы получения изделий из пенополистирола

В настоящее время существует две технологические схемы получения изделий из вспененного полистирола, что и определяет виды пенополистирола.

В первом случае изделия получают формованием из предварительно вспененных гранул полистирола, чаще всего это пенополистирол для упаковки. Второй способ позволяет получать так называемый «экструзионный» (экструдированный) пенополистирол.

В этом случае происходит нагрев гранул полистирола общего назначения специальных марок с последующим выдавливанием из экструдера с одновременной подачей вспенивающего агента. Чаще всего это полистирол общего назначения марки 585 производства Киришского завода полистиролов.

В качестве вспенивающего агента ранее использовались различные фреоны, но в последнее время эти озоноразрушающие агенты уступают место безфреоновым системам на основе СО2.

В данной статье подробно остановимся на методе получения изделий из вспененного полистирола методом формования и расскажем все о пенополистироле этого вида.

Сырье для пенопласта

Сырьем для производства формованных изделий (пенополистирольных блоков, плит, упаковки) служат гранулы вспенивающегося полистирола, представляющие собой продукт суспензионной полимеризации стирола в присутствии порообразователя (пентана, изопентана).

Пенополистирол может иметь антипиреновые добавки для негорючих марок (маркируются буквой F).

Марка сырья для пенополистирола определяется содержанием частиц с наиболее часто повторяющимся размером при рассеве, что в готовом изделии будет определять, наряду с прочими факторами, конечную плотность. Также в маркировке обычно оговорено наличие антипиренов (F). Чем больший процент гранул основной фракции (более 90%), тем стабильнее будет процесс переработки.

Основные критерии при выборе марки вспенивающегося полистирола

  • массовая доля частиц основной фракции и их размер;
  • массовая доля пентана;
  • кажущаяся плотность пенополистирола при однократном вспенивании;
  • время выдержки предвспененного полистирола перед формованием (короткий цикл, длинный цикл);
  • особые свойства — высокие физико-механические характеристики, негорючесть и пр.

Для получения качественных изделий необходимо провести входной контроль по определенным параметрам , чтобы убедиться, что в работу поступают гранулы в полном соответствии с заявленными техническими характеристиками.В большинстве случаев производители гарантируют сохранение качества продукта в течение 3 — 6 месяцев в герметичной упаковке.

Для изготовления плит различной плотности используется одинаковое сырье — полистирольные гранулы. Но на один кубометр строительных блоков идет разное количество сырья: на ПСП-15 — до 15 кг, ПСП-25 — от 15 до 25 кг, ПСП-35 — от 25 до 35 килограммов. Сырье составляет львиную долю в себестоимости продукции — 70%.

Характеристики пенополистирола

Пенополистирол характеризуется низкой теплопроводностью (0,030—0,040Вт/моС) и плотностью (15—40кг/м3). При этом прочность пенополистирола позволяет применять его в качестве конструктивного элемента, способного нести значительные нагрузки в течение длительного времени. Марки с высокой плотностью позволяют крепить на пенополистирольные плиты различные конструкции. Прочность на сжатие при 10% линейной деформации составляет для различных марок 65—250кПа.

Пенополистирол не гигроскопичен, имеет чрезвычайно низкую паропроницаемость (в зависимости от плотности, в 40-70 раз ниже, чем у минерального волокна). Водопоглощение при погружении в воду на 7дней составляет 0,5—1,5% от объема.

Пенополистирол не стоек к некоторым органическим растворителям (ацетон, этилацетат, нефтяной толуол, уайт-спиритnи т.д.), средства для защиты древесины, каменноугольная смола и ее производные (креозолит.д.) могут привести к размягчению, усадке и даже растворению плит.

Участившиеся в последнее время случаи возгорания строящихся офисных зданий с утеплением плитами из пенополистирола вызваны использованием горючих марок полистирола, хотя строительный рынок предлагает огромное количество не горючих материалов с особыми свойствами.

Переработка вспенивающегося полистирола

Изготовление пенопласта из вспенивающегося полистирола происходит в три стадии:

  1. Предварительное вспенивание.
  2. Промежуточная выдержка (созревание).
  3. Окончательное вспенивание с формованием.

На каждом этапе необходим контроль качества по определенным параметрам.

Предварительное вспенивание

При предвспенивании гранулы расширяются под воздействием насыщенного пара. Нагрев гранул происходит при температуре 80 – 110ᵒС. В зависимости от давления пара и времени обработки плотность полистирола снижается с 630 кг/м. куб. до 15-30 кг/м. куб. Плотность предварительного вспенивания определяется конечной плотностью готового изделия.

Чаще всего для строительных блоков гранулы могут повторно вспениваться после промежуточного вызревания в течение 4-6 часов, для получения в готовом изделии малой плотности. Двойное вспенивание применяют для достижения низкой объемной плотности — 15кг/м. куб. и ниже.

При первичном предвспенивании получают объемную плотность в 1,5 раза ниже желаемой итоговой плотности в готовом изделии. Содержащийся в исходных гранулах пентан раздувает их до 50-тикратного объема по сравнению с первоначальным, что приводит к образованию пенопластовых гранул с замкнутыми ячейками.Размер гранул после предвспенивания 3,6-6 мм.

Созревание гранул — предварительная выдержка

Промежуточная выдержка в силосах, во время которой пентан и водяной пар конденсируются в ячейках, создавая разрежение, способствует диффузии воздуха в ячейки. Одновременно происходит твердение полистирола. Время выдержки, как правило, от 6 до 24 часов, в зависимости от марки полистирола и температуры окружающего воздуха..

Гранулы сушатся (после вспенивания остаточная влажность до 5%), из них выходит избыточный пентан, стабилизируются в хорошо проветриваемых силосах. Сушка проводится в теплых помещениях без сквозняков, иначе гранулы могут «схлопнуться». Ведь тонкие стенки ячеек только что вспененного материала особенно чувствительны к дополнительному давлению среды и перепадам температур. Поэтому предварительно вспененный полистирол непосредственно после вспенивания подвергается стабилизации.

По этой же причине необходимо избегать механических повреждений гранул при транспортировке из предвспенивателя в силосы. Рекомендуемая линейная скорость подачи материала не более 8м/с.

Поэтому наилучшим образом себя зарекомендовала пневматическая подача с контролируемой скоростью. Трубопроводы должны быть без резких изгибов для исключения травмирования гранул.

Формование пенополистирола

Затем предвспененные гранулы засыпаются в вакуумформы, где при обработке перекрестным паром, под воздействием парового удара под вакуумом они размягчаются и расширяются, и методом прессования свариваются друг с другом. Это тепловой, но не химический процесс. Готовый продукт охлаждается водой и извлекается из формы. То есть при изготовлении готовых изделий из пенополистирола не используются дополнительные химические вещества, например, смолы.

Таким образом получается формованный пенопласт с высоким содержанием воздуха, заключенного в огромном количестве замкнутых ячеек, что является причиной высокой и стабильной теплоизоляции. Остаточный пентан продолжает выходить из ячеек ещё минимум сутки. Во время вылежки гранулы упрочняются, так как в разогретом полистироле продолжают протекать процессы полимеризации.

Содержание пентана в пенополистироле

На каждом этапе переработки из пенополистирола уходит пентан, который расходуется на технологический цикл.

Потери пентана при производстве пенополистирола

  • 25% — предвспенивание;
  • 15% — выдержка;
  • 20% — формовка;
  • 40% — остается в детали. Это количество сокращается на ≈25% в течение первых суток хранения. Чем выше температура окружающего воздуха, тем быстрее улетучивается пентан.

При предвспенивании на 15-25 кг/м. куб потеря пентана до 2% в течение 24 часов после предвспенивания.

Поэтому если при покупке полистирольных плит для утепления вы чувствуете запах — перед вами материал с нарушенным циклом изготовления.

Объемную плотность пенопласта можно задавать параметрами предвспенивания и формования. Из одной и той же марки полистирола можно получать пенополистирол различной плотности. Готовые пенопластовые блоки обрабатываются фрезами, пилами, раскаленной проволокой.

Меры безопасности при производстве пенополистирола

Производство пенополистирола относится к пожаровзрывоопасным производствам и требует определенных мер безопасности. Пентан, активно выделяющийся при предвспенивании и вылежке полистирола в силосах, тяжелее воздуха и скапливается на уровне пола производственных помещений. Поэтому необходимо предусмотреть искробезопасное исполнение оборудования и трубопроводов, а также датчики, отслеживающие безопасный уровень пентана.

Места скопления пентана — склад сырья, выдержка и место хранения готовой продукции.

Итак, меры безопасности:

  1. Необходимо предусмотреть минимум 2 пути эвакуации.
  2. Области хранения гранул и готовой продукции должны быть отделены противопожарными стенами.
  3. Оптимальная температура в силосной 24 ᵒС.
  4. Силосная по объему должна быть в 2-2,5 раза больше ежесуточной нормы производства.
  5. Хранить материал при температуре не ниже 20 ᵒС и относительной влажности воздуха не менее 70%.
  6. Стены и полы должны быть выполнены из противопожарных материалов, а все перерабатывающее оборудование – в искробезопасном исполнении.
  7. Проходы – не менее 1,2 м.
  8. Датчики пламени и дыма и автоматическая система пожаротушения.

Известны случаи, когда производства по производству пенополистирола сгорали за 12 секунд. По этой причине переработку вспенивающегося полистирола размещают в отдельностоящих зданиях.

Секреты производства пенополистирола

Производство пенополистирола и штукатурки по утепленному фасаду – прибыльный бизнес, обладающий средним порогом вхождения. Пенополистирол широко используется в самых разных сферах – в строительстве, в пищевой промышленности, в автомобилестроении.

Выдержка блоков пенополистирола

В данной статье будут детально рассмотрены как агрегаты для изготовления обычного пенополистирола, так и оборудование для производства экструдированного пенополистирола, вы узнаете, из каких элементов состоит производственная линия, и основные аспекты технологии изготовления данного материала.

1 Технология изготовления пенополистирола

Технология производства пенополистирола довольно незатейлива, и может быть реализована даже при наличии необходимого минимума производственного оборудования.

Однако важным фактором является сильная зависимость качества итоговой продукции от выполнения всех требований технологии, поскольку даже малейшее пересушивание пенополистирола, либо, наоборот, попытка резки недостаточно просушенного, сырого, материала, могут стать причиной отбраковки всей партии продукции (пускай это даже фасадная штукатурка по пенопласту).

В целом, технология изготовления пенополистирола состоит из нескольких последовательных этапов.

На первом этапе сырье, из которого производится пенополистирол (полистирольный пенопласт) – гранулы вспенивающегося полистирола (ПСВ), своими руками, либо с помощью автоматизированного оборудования, загружаются в контейнер предвспенивателя.

В предвспениватели происходит прогрев гранул, в результате чего они надуваются, увеличиваются в объемах, и превращаются в наполненные воздухом пустотелые шарики.

Вспенивание может выполняться как один раз, так и несколько. При повторном вспенивании процесс полностью повторяется – сырье своими руками (или автоматизированно) заново погружается в предвспениватель, прогревается, и увеличивается. Повторное вспенивание применяется, когда необходимо получить пенополистирол, обладающий минимальной плотностью.

Цех по производству пенополистирола

От плотности пенополистирола зависят его прочностные характеристики и вес. В некоторых случаях – для утепления фасадов, и тому подобных нагружаемых конструкций, требуется высокоплотный пенополистирол, однако, как правило, ввиду меньшей стоимости, низкоплотный пенополистирол пользуется большим спросом.

Показатель плотности материала измеряется в килограммах на кубометр. Иногда прочность называют фактическим весом. К примеру, пенополистирол, обладающий фактическим весом 25 килограмм, имеет плотность 25 кг/м³. Это намного лучше, чем при утеплении фасадов минватой.

Полистирольное сырье, вспенивание которого выполняется один раз, гарантирует итоговую плотность пенополистирола в районе 12 кг/м³. Чем больше процессов вспенивания было выполнено – тем меньшим будет фактический вес изделия.

Как правило, максимальное количество процессов вспенивания на одну партию сырья – 2, так как многократное вследствие многократного вспенивания сильно ухудшается прочность итогового продукта.

На втором производственном этапе, вспененный полистирол попадает в камеру выдержки, где на протяжении суток вылеживается. Данный процесс необходим для того, чтобы стабилизировалось давление внутри наполненных воздухом гранул.

При каждом повторном процессе вспенивания процесс вылеживания должен повторяться. Для создания пенополистирола плотностью до 12 кг/м³, сырье подлежит нескольким повторным циклам вспенивания и вылеживания.

После того как сырье вылежало требуемого количество времени, из полуфабриката формируются блоки пенопласта на утепление фасада пенопластом. Происходит это в блок-форме, внутри которой гранулы обрабатываются подающимся под давлением паром.

После формирования блока, пенопласт повторно выдерживается в течение суток – это необходимо для того, чтобы из пенопласта ушла влага, так как при нарезке сырого блока кромки изделия будут рваными и неровными, после чего попадает на линию нарезки, где блоки раскраиваются на плиты требуемых размеров и толщины.

Подлежащие вспениванию гранулы полистирола

2 Оборудование для производства

Производственная линия по изготовлению пенополистирола включает следующие элементы:

  • Участок хранения и проверки сырья;
  • Агрегат вспенивания;
  • Контейнер для вылеживания;
  • Агрегат для формирования блоков;
  • Агрегат для нарезки пенопласта на утепление фундамента пенополистиролом;
  • Участок для хранения готового изделия;
  • Агрегат для переработки отходов.

2.1 Участок хранения и проверки сырья

Важно, чтобы полистирольное сырье, использующееся для производства пенополистирола, отвечало всем стандартам качества, так как от него сильно зависят характеристики готового пенополистирола.

Как правило, основные отечественные и зарубежные производители для изготовления пенополистирола используют сырье от следующих компаний:

  • Xingda (Китай);
  • Loyal Chemical Corporation (Китай);
  • BASF (Германия).

Технологические требования допускают повторного использования отходов (переработанных пенополистирольных плит). Количество вторично используемых материалов не должно превышать 10% от веса итогового изделия.

Структура пенополистирола под микроскопом

Разгружаются мешки с полистиролом электрокаром, либо, в случае небольшой фасовки, своими руками. Сырье не должно храниться свыше трех месяцев, после даты его производства. Температурный режим хранения пенопласта на утепление фасадов квартир – от 10 до 15 градусов.
к меню ↑

2.2 Агрегат для вспенивания

Данная производственная линия состоит из предвспенивателя (как правило, циклического типа), блока для сушки вспененных гранул полистирола, пневматического конвейера, и управляющего элемента.

Полистирол из мешков своими руками выгружается в предвспениватель, в который под давлением подается горячий пар (температурой около 95-100 градусов), под воздействием которого происходит первичное вспенивание сырья.

Процесс контролируется компьютерным оборудованием, которое по достижению полистиролом заданного объема прекращает подачу пара, после чего полуфабрикат попадает в блок для сушки.
к меню ↑

2.3 Контейнер для вылеживания

Гранулы, из которых забрана лишняя влага, транспортируются в контейнер для вылеживания. В контейнере посредством кондиционирования постоянно поддерживается заданная влажность и температура и влажность воздуха.

При температуре в пределах от 16 до 25 градусов гранулы выдерживаются около 12 часов. На протяжении этого времени пустотелые вспененные гранулы наполняются воздухом.

Технология повторного вылеживания, которое выполняется в случае вторичного вспенивания, аналогична вышеописанному методу, и осуществляется с помощью одного и того же оборудования.

Схема производственной линии по изготовлению пенополистирола

Именно объем контейнера в большей степени задает номинальную продуктивность производственной линии, поэтому количество и размер бункеров необходимо тщательно рассчитывать, исходя из желаемого объема производства экструдированного пенополистирола.
к меню ↑

2.4 Агрегат для формирования блоков полистирола

Из контейнера для вылеживания гранулы вспененного полистирола с помощью пневмотранспорта подаются в промежуточную камеру, которая оборудована датчиком наполнения.

При поступлении требуемого количества гранул, сырье транспортируется в формирующий блок. Блок-форма – это герметический контейнер, который, после наполнения гранулами, закрывается. Через клапан подачи, в блок-форму подается горячий пар.

В процессе тепловой обработки под давлением происходит вторичное вспенивание гранул, которые расширяются, и при достижении заданной температуры спекаются в монолитный блок пенополистирола.

Охлаждение сформированного пенополистирола происходит в этом же агрегате, посредством откачки воздуха из камеры вакуумным насосом. Для стабилизации внутреннего давления воздуха в гранулах пенополистирола блок выдерживается при комнатной температуре на протяжении суток.
к меню ↑

2.5 Агрегат для нарезки пенополистирола

По истечению требуемого времени пенополистирольный блок попадает на нарезающий агрегат. Линия резки представляет собою комплексное оборудование, которое способно выполнять резку, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.

Агрегат для формирования блоков пенополистирола

Данное оборудование имеет два режима работы – автоматический режим реализации заданной программы, и режим с управлением своими руками. Как правило, весь процесс происходит в автоматическом режиме.

Режущий элемент оборудования – раскаленные струны из тугоплавкой стали, которые способны выполнить быстрое и эффективное формирование плит пенопласта требуемых форм и размеров.

Система электронного управления установкой дает возможность своими руками настроить температуру накала струн, скорость их движения, и размер итогового изделия.
к меню ↑

2.6 Агрегат для переработки отходов

Поврежденные в процессе производства пенополистирольные материалы не утилизируются, а подлежат повторной переработки. Переработка пенополистирола выполняется в агрегате, внутри которого вращаются дробильные молотки, которые крошат плиты пенопласта на отдельные гранулы.

Полученное в процессе переработки сырье посредством пневмотранспорта подается в накопительный бункер, из которого гранулы попадают в блок-форму в количестве, не превышающим 10% от веса первичного сырья, используемого для производства.

Дробилка для отходов пенопласта

2.7 Производство экструдированного ППС

Отличие в производственное линии по изготовлению экструдированного пенополистирола, в сравнении с вышеописанной технологией изготовление обычного пенополистирола, заключается в наличии экструдера.

Экструдер – оборудование для производства экструдированного пенополистирола, обладающее формирующими фильерами, сквозь которые проталкивается полистирольный расплав.

Экструзионная головка предает пенополистиролу требуемую структуру, в результате чего на выходе получаются монолитные изделия, обладающие закрытыми ячейкам диаметром 0.1 мм, которые превосходят обычный пенополистирол по параметру гидрофобности и паропроницаемости.

Данная технология предусматривает иной подход к вспениванию сырья, которое происходит вследствие смешивания гранул с вспенивающим реагентом в азотной среде.
к меню ↑

Пенополистирол

Пенополистирол получают в технике двумя методами:

  • прессовым;
  • беспрессовым.

Прессовый метод производства пенополистирола (марок ПС-1 и ПС-4) заключается в том, что эмульсионный тонкодисперсный полистирол:

  1. смешивается с твердым порообразующим компонентом,
  2. прессуется,
  3. после чего отпрессованные изделия вспениваются.

При беспрессовом методе (пенополистирол марок ПСВ и ПСВ-С) в суспензионный полистирол вводят вспенивающий агент. Эта операция производится либо на стадии окончательной полимеризации стирола, либо после окончания полимеризации.

Наибольшее распространение в технике получил беспрессовый метод производства пенополистирола.

Получение пенополистирола прессовым методом

Технологический процесс производства пенополистирола прессовым методом состоит из трех основных стадий:

  • смешения полистирола с газообразователем (порофором);
  • прессования композиции;
  • вспенивания отпрессованной заготовки.

Таблица 1: Типичные рецептуры пенополистирольных композиций (в масс, ч.):

ПС-1ПС-4
Полистирол эмульсионный100100
Динитрил азобисизомасляной кислоты2—50,75—1,0
Карбонат аммония3—4
Этанол2—3

Компоненты перемешивают в шаровой мельнице в течение 12—24 ч до получения однородной массы. Далее композицию прессуют при 120—145 °С и давлении 7,8—11,8 МН/м 2 в течение 1,5—2 мин (на 1 мм толщины заготовки). При этом порофор разлагается, и газ равномерно распределяется по всей заготовке.

Динитрил азобисизомасляной кислоты разлагается при 80—100°С с выделением газообразного азота:

Карбонат аммония разлагается при 50—60 °С с выделением диоксида углерода и аммиака:

Давление при прессовании должно быть на 10—15% больше противодавления газов прессуемой заготовки. Отпрессованную заготовку охлаждают в течение 25—30 мин до 25—35 °С и подвергают вспениванию в обогреваемых камерах при 95— 100°C.

Из-за неоднородности структуры заготовки могут коробиться, поэтому листы пенопласта обычно выпрямляют.

Таблица 2: Режим вспенивания для заготовок толщиной 20—25 мм:

Температура камеры, °С96—99
Давление при прямлении плит, кПа29—98
Продолжительность вспенивания, мин90—120
Продолжительность охлаждения камеры водой, мин15—20

Вспенивание небольших заготовок часто проводят в металлических дырчатых кассетах, объем которых занимает заготовка к концу вспенивания. Камеры вспенивания обогревают насыщенным водяным паром или горячей водой.

Получение пенополистирола беспрессовым методом

Пенополистирол, получаемый беспрессовым методом, — стиропор — является продуктом блочно-суспензионной полимеризации стирола, протекающей в две стадии.

  1. На первой стадии проводится форполимеризация стиролаблочным способом в аппаратах с перемешиванием до конверсии 25—40%.
  2. На второй стадии происходит окончательная полимеризация форполимера суспензионным способом; на этой стадии в полимер вводят 3— 6% легколетучего жидкого углеводорода (изопентана или изопентановой фракции) от массы стирола.

Наиболее целесообразным является блочно-суспензионный способ получения пенополистирола по моноаппаратной схеме, то есть проведение форполимеризации и окончательной полимеризации в одном аппарате большой единичной мощности (объем 100 м 3 и более). В этом случае технологическая схема получения пенополистирола аналогична технологической схеме получения суспензионного полистирола.

Суспензионная полимеризация осуществляется в водной среде (модуль ванны 1 : 1) в присутствии инициаторов радикального типа (пероксида бензоила или динитрила азобисизомасляной кислоты).

Увеличение модуля ванны до 5:3 (как в производстве суспензионного полистирола) недопустимо из-за значительного налипания продукта на стенки реактора и мешалку, что приводит к получению нестандартного по гранулометрическому составу продукта и значительному ухудшению теплообмена в реакторе.

Для получения пенополистирола в реакторах объемом да 20 м 3 рекомендуются шестилопастные, листовые и турбинные мешалки. Для реактора объемом 100 м 3 используется трехлопастная мешалка специальной конструкции с регулируемой частотой вращения от 10 до 60 об/мин и мощностью 100—150 кВт.

Отвод тепла на стадии блочной форполимеризации в реакторе объемом 100 м 3 осуществляется за счет испарения паров стирола либо паров воды, добавляемой к реакционной массе в количестве 2%.

Отвод тепла на стадии суспензионной полимеризации осуществляется через стенку рубашки полимеризатора при модуле ванны 1 : 1.

Управление работой реактора на стадии форполимеризации при теплосъеме через рубашку неэффективно; на стадии суспензионной полимеризации управление может проводиться, как и в случае суспензионной полимеризации стирола общего назначения, с использованием обычных средств автоматизации.

Технологический процесс периодического производства полистирола для вспенивания блочно-суспензионным способом состоит из стадий:

  • подготовки сырья (приготовление водного раствора поливинилового спирта, растворение инициатора в стироле);
  • форполимеризации стирола в массе;
  • суспендирования форполимера в водном растворе стабилизатора;
  • окончательной полимеризации,
  • центрифугирования,
  • сушки гранул,
  • рассева и упаковки готового продукта.

Окончательная суспензионная полимеризация стирола проводится в автоклаве с непрерывным перемешиванием при 70 °С и давлении 290—580 кН/м 2 в течение 16—20 ч. Изопентан или изопентановая фракция загружаются в автоклав перед началом окончательной полимеризации. В качестве стабилизатора суспензии применяется 1%-ный водный раствор поливинилового спирта.

Трудности проведения непрерывного процесса связаны с недостаточной устойчивостью суспензии.

Полистирол для вспенивания можно получать также суспензионной полимеризацией стирола в водной среде при введении в конце процесса (по достижении 70—75%-ной концентрации) вспенивающего агента — гексана, пентана.

Технологический процесс изготовления изделий из пенополистирола беспрессовым методом состоит из стадий:

  • предварительного вспенивания гранул;
  • сушки и выдержки на воздухе предварительно вспененных гранул;
  • окончательного вспенивания гранул.

Пенополистирол получается непрерывным способом непосредственно из мономера, при этом процессы полимеризации стирола и вспенивания совмещаются. Использующийся в процессе динитрил азобисизомасляной кислоты (порофор) является одновременно:

  • инициатором полимеризации стирола ;
  • вспенивающим агентом.

Технологическая схема процесса получения пенополистирола непрерывным способом приведена на рисунке 1.

Рисунок 1

Из смесителей 1 раствор порофора в стироле подается в расходную емкость 2, в которой подогревается до 60—75 °С, а затем под давлением 980 кПа нагнетается насосом 3 в полимеризатор 4. Полимеризатор представляет собой аппарат трубчатого типа, разделенный на секции. Температура по секциям повышается от 80 до 100 °С. В данном случае может быть использована и полимеризационная колонна. Далее реакционная смесь поступает в червячный пресс 5, в котором нагревается до 120—140 °С. В червячном прессе происходит полное разложение порофора и равномерное распределение его в материале. Кроме того, червячный пресс регулирует подачу материала в постепенно расширяющийся мундштук, в котором происходит вспенивание. Мундштуки различной формы дают возможность получать сплошные или полые изделия.

Таким путем получен пенополистирол марки ПС-А мелкопористой замкнуто-ячеистой структуры. При добавлении антипиренов можно получить негорючий пенополистирол ПС-А.

Производство крупногабаритных изделий этим способом затруднено из-за ограниченных размеров червячного пресса.

По этой схеме можно получить и пенополистирол ПСВ (беспрессовый). Для этого на червячный пресс устанавливают головку с отверстиями, оформляющую тонкие нити полистирола,которые охлаждаются и дробятся на гранулы.

Свойства и применение пенополистирола

  • Пенополистирол имеет структуру застывшей пены. Основным показателем оценки этой структуры является кажущаяся плотность, которая выражает соотношение твердой и газообразной фаз.
  • Ценным свойством пенополистирола является его стойкость к действию влаги.
  • Пенополистирол, как и полистирол, характеризуется высокой стойкостью к действию агрессивных минеральных сред (кроме концентрированной азотной кислоты). Наиболее высокую химическую стойкость имеет пенополистирол, полученный беспрессовым методом.
  • Пенополистирол отличается высокой биологической стойкостью: не гниет, не поражается грызунами, стоек к действию грибков и бактерий.
  • Прочностные свойства пенополистирола зависят от характера пористой структуры: размеров и формы ячеек, прочности стенок ячеек и т. д. Сравнительную оценку механических свойств пенополистирола обычно проводят по разрушающему напряжению при растяжении и сжатии. По механическим свойствам беспрессовый полистирол уступает прессовому, так как беспрессовый полистирол получают из суспензионного полистирола, который имеет значительно меньшую молекулярную массу, чем эмульсионный полистирол, из которого изготавливают прессовый пенополистирол.
  • Разрушающее напряжение при растяжении пенополистирола марки ПСВ (беспрессовый) составляет 50—60% разрушающего напряжения для прессового пенополистирола марки ПС-4.
  • Пенопласт ПС-4 имеет более низкие диэлектрические показатели, чем пенопласт ПС-1.
  • Как конструкционный материал пенополистирол может эксплуатироваться до 60—75 °С.

Таблица 3: Механические характеристики пенополистирола различных марок:

ПС-1Разрушающее напряжение при сжатии, МПа не менее0,29—4,9*
Усадка линейная при 60 °С за 24 ч, %, не более0,4
Водопоглощение за 24 ч, кг/м 2 , не более0,3
ПС-4Разрушающее напряжение при сжатии, МПа не менее0,16—0,39
Усадка линейная при 60 °С за 24 ч, %, не более0,8—1,0
Водопоглощение за 24 ч, кг/м 2 , не более0,3
Кажущаяся плотность, кг/м 3 , не более25
ПСВРазрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа не менее0,1
Содержание, %остаточного мономера, не более0,25
порообразователя, не менее5
влаги, не более1

* В зависимости от номинальной кажущейся плотности.

Готовый продукт хранят в герметически закрытой таре, так как при хранении в открытом виде, особенно в отапливаемых помещениях или в летнее время, происходит быстрое улетучивание из полимера вспенивающего агента, вследствие чего снижается эффект вспенивания.

Срок хранения стиропора даже в условиях хорошей герметизации тары ограничен сравнительно небольшим периодом времени.

Недостатком продукта является его сильная горючесть вследствие содержания в нем горючего порообразователя (изопентана). Применением для полимеризации хлорпроизводных стирола (моно- и дихлорстирола и др.) или введением антипиренов, например оксида сурьмы, можно уменьшить или совсем устранить горючесть пенополистирола.

При введении в композиции фосфорорганических соединений, дибромэтилбензола, тетрабром-n-ксилола удается получить самозатухающий полистирол для вспенивания.

Области применения пенополистирола

Пенополистирол широко применяется в строительстве, холодильной технике, на транспорте, в мебельной промышленности и других областях в качестве термоизоляционного и звукоизоляционного материала. Из пенополистирола изготовляют плиты для теплоизоляции строительных конструкций.

Коэффициент теплопроводности пенополистирола в сухом состоянии составляет 0,0326 Вт/ /(м·К).

Пенополистирол используется при литье по газифицируемым моделям. Модель из пенополистирола при заливке формы металлом газифицируется, при этом полость формы освобождается полностью для расплавленного металла.

Низкая теплопроводность, хорошие амортизационные свойства, легкость пенополистирола делают его пригодным для использования в качестве упаковочного материала.

Вспенивание: получение пенопластов, обзор технологий вспенивания

Существует два типа пенопластов, а именно материалы, отличающиеся равномерной пористой структурой, и пенопласты, сердцевина которых вспенена, а поверхностный слой монолитен (то есть не вспенен).

Последняя группа вспененных материалов получила название структурных или интегральных. Понятие пенопластов регламентирует стандарт DIN 7726. В соответствии с ним пенопласты – это искусственно изготовленные материалы с пористой структурой и низким удельным весом (плотностью).

В последние годы пенопласты приобретают все большее рыночное значение, что в немалой степени объясняется тем, что практически каждый полимер может быть вспенен, и для изготовления изделий из подобных материалов пригоден почти любой технологический процесс.

Пенопласты классифицируют по различным критериям, а именно по пористой структуре, жесткости и по способу получения.

По пористой структуре различают пенопласты с закрытыми и открытыми порами, а также пенопласты со смешанной структурой пор. Пенопластом с закрытыми порами называется материал, полости пор которого не связаны между собой. Если между порами пенопласта может свободно циркулировать газ (воздух) – это материал с открытыми порами. Материал, обладающий закрытыми и открытыми порами одновременно, называется пенопластом со смешанными порами. Структура пор зависит от вида вспенивания и типа порообразователя.

Если подразделять пенопласты по их жесткости, то к пенопластам с высоким сопротивлением деформации и малой эластичностью (жесткий пенопласт) относятся ПС, ПВХ (непластифицированный), ПУ (жесткий), МФС, ФФС, ЭС, ненасыщенная полиэфирная смола и полиизоцианурат. К пенопластам с незначительным сопротивлением деформации и эластичной формуемостью относятся ПУ (мягкий), ПВХ (пластифицированный) и ПЭ.

Отдельно следует рассматривать интегрально вспененные пенопласта, которые с учетом областей их применения должны обладать определенной эластичностью при высокой жесткости формы.

Отметим еще несколько важных качеств:

• низкие внутренние напряжения;

• хорошие изолирующие свойства;

• расширение возможности для формообразования, возникающих за счет низких затрат на приобретение и изготовление формующего инструмента.

Низкая плотность – результат пористого строения пенопластов, которое также обеспечивает хорошую теплоизоляцию. При свободном вспенивании материала, в том числе и в пресс-формах, возникающие в материале внутренние напряжения незначительны. Простота в обработке, которая является общей для всех полимеров, еще более упрощается за счет пористой структуры материала. Низкое давление вспенивания обеспечивает возможность изготовления изделий больших размеров при низких затратах на приобретение и изготовление оснастки (пресс-форм), поскольку они могут быть выполнены не только из стали, но также из дерева или термореактивных полимеров.

Пористая структура пенопластов образуется с помощью порообразователей (рис. 1). Общим для всех порообразователей является то, что при определенной температуре они выделяют газы или в ходе реакции отщепляют их. В процессе вспенивания увеличивается объем заготовки или изделия, так что плотность в любом случае становится меньше плотности полимера, неподверженного подобной процедуре.

Вспениваемые пенопласты могут быть разделены на три группы:

• вспенивающиеся частицы, например, ПС;

• расплавы термопластичных полимеров, например, ПС, ПЭ, ПВХ;

• вспенивающиеся реакционноспособные жидкие исходные вещества, напри¬мер, ПУ, МФС, полиэфирная смола.

При рассмотрении порообразователей выделяют вещества физического и химического воздействия. Для того чтобы избежать разрушения готового пенопласта или же вообще обеспечить возможность образования пористой структуры, как правило, возникает необходимость добавления в материал стабилизаторов и инициаторов.

На рис.1 схематически представлен процесс изготовления пенопластов.

Рис.1 Изготовление пенопластов

Говоря о трех группах вспениваемых полимеров, следует упомянуть и о том, что при работе с пастами (например, ПВХ) вспенивания можно добиться и с помощью воздуха. Однако подобная технология в производстве играет незначительную роль.

Полимеры

В количественном отношении наиболее важными полимерами для технологии вспенивания являются ПУ и ПС. Ее развитие началось в середине прошлого века, причем сначала речь шла об изготовлении пенопластов только с равномерным распределением плотности. Технология интегрального вспенивания появилась гораздо позднее.

Основной областью применения обоих видов пенопластов стало изготовление изоляционных материалов и упаковок. ПУ также используется при производстве технических изделий (интегральные пенопласты), герметизирующих составов и обивочных материалов. Среди самоотверждающихся пенопластов меньшее значение имеют такие полимеры, как полиизоцианурат, ФФС, МФС, ЭС и ненасыщенная полиэфирная смола, которые в отличие от ПУ не обладают простой способностью к вспениванию. Кроме того, их свойства не столь легко изменяются.

Рассматривая вспениваемые термопласты, наряду с ПС в первую очередь следует упомянуть АБС, ПЭ, ПП, ПВХ, ПК, полиметакрилимид и модифицированный полипропиленоксид.

Мы уже отметили, что процесс вспенивания происходит благодаря порообразователям. При этом в зависимости от используемого метода и необходимой плотности используются или химические, или физические газообразующие вещества. Ввод воздуха применяется относительно редко, хотя возможен при работе с МФС, ПВХ и ПУ. Последний материал представляет собой особый случай, так как иногда его вспенивание происходит и без добавления порообразователей. Например, при реакции ПУ с водой выделяется углекислый газ, которого могло бы оказаться достаточно для вспенивания, однако на практике для достижения определенных свойств и плотности пеноматериала физические порообразователи все же добавляются.

Важным физическим порообразующим веществом является пентан (например, для вспенивания ПС). Фтор- и хлорпроизводные углеводородов, которые использовались для получения вспененного ПУ, сейчас запрещены из-за их вредного воздействия на озоновый слой. В качестве промежуточного решения применяются частично галогенированные фтор- и хлорпроизводные. Однако основная цель исследователей в этой области – найти порообразователи, не содержащие галогенов. Универсальной замены обычных фтор- и хлорпроизводных углеводородов не существует – для каждого материала необходимо искать свои пути решения:

• для мягкого пенополиуретана – углекислый газ, образующийся при сшивке в присутствии воды;

• для мягкого интегрального пенополиуретана – n-пентан или углекислый газ (если горючесть является помехой);

• для жесткого интегрального пенополиуретана – t-бутанол;

• для жесткого пенополиуретана – циклоалканы (например, циклопентан);

• для экструдированного жесткого пенополистирола – углекислый газ с этанолом. При превышении температуры кипения физические порообразователи переходят в газообразное состояние. Происходящее при этом увеличение объема способствует вспениванию полимерного расплава. Использование физических порообразователей получило распространение практически для всех полимеров и способов переработки. Благодаря низкой температуре кипения они обеспечивают раннее вспенивание и поэтому применяются там, где целью является получение равномерно низкой плотности.

Химическим порообразователям для вспенивания необходимы более высокие температуры, которые достигаются только при переработке расплавов термопластов. При превышении определенной температуры они разлагаются, отщепляя при этом газообразный продукт реакции. Выход газа является решающим фактором при опреде лении количества добавок и той плотности, которой предполагается добиться. К химическому порообразователю предъявляются следующие требования:

• отщепление газа-порообразователя в пределах узкого температурного диапазона;

• высокий выход газа;

• остатки, образующиеся в процессе реакции, не должны оказывать отрицательного воздействия на свойства вспененного материала;

• введение в смесь должно происходить равномерно и без возникновения осложнений.

Химические порообразователи в основном используются при получении интегральных пенопластов.

Рецептуры, используемые для получения вспененных материалов, состоят из нескольких компонентов, которые обеспечивают достижение заданных свойств. В качестве подобных добавок могут выступать следующие:

• ускорители реакции (служат для быстрого вспенивания);

• средства сшивки для ПЭ или эластичных ПУ;

• вещества, снижающие горючесть (антипирены);

• стабилизаторы и затравки (для образования стабильной пены и равномерной структуры пор);

• армирующие волокна и наполнители;

• красители и пасты (для соответствующей окраски).

Обзор технологии вспенивания

Вспениванию поддаются практически все полимеры, и почти каждый из известных методов переработки пригоден для изготовления пенопластов. Однако существуют и другие способы, с помощью которых получают блочные, формованные и ленточные пеноматериалы. В табл. 1 предпринята попытка их классификации. Заметим, что поскольку постоянно появляются новые технологии, составить окончательный перечень материалов затруднительно.

В упомянутой таблице пенопласты подразделяются на две больших группы:

• пенопласты с равномерным распределением плотности по всему поперечному сечению;

• интегральные пенопласты, поперечный разрез которых характеризуется различной плотностью.

Пенопласты с равномерным распределением плотности

Читайте также:  Опилки как утеплитель: достоинства, подготовка материала
Добавить комментарий