Технология производства пенопласта и экструдированного пенополистирола
Для изготовления пенополистирола (пенопласта) необходим суспензионный полистирол. Гранулы этого материала могут быть различного размера – от 0,4 до 3,2 мм (в зависимости от марки сырья). В состав гранул входит легкокипящий компонент пентан, способствующий их увеличению в несколько раз при определенных условиях. Именно на этом свойстве материала основывается технология производства пенополистирола.
Схема наружного утепления с помощью пенополистирола.
Этапы производства пенополистирола
Заключается технология изготовления пенопласта во вспенивании суспензионного полистирола. Чтобы получить необходимый результат, применяют пар. Далее происходит спекание гранул. Затем формируется крупногабаритный блок, который впоследствии режется на листы. Но, прежде чем загрузить сырье в бункер, выполняется механическое перемешивание гранул с различными добавками-модификаторами.
Чтобы готовый материал был более огнестойким, в его состав добавляются антипиреновые добавки. Для защиты пенопласта от воздействия тепла и кислорода применяют антиоксиданты и термостабилизаторы, для предотвращения плесневения – абиотические компоненты. При производстве экструдированного пенополистирола вводятся стабилизаторы-нуклезиаты, которые способствуют получению более однородной и мелкой структуры пор.
Вспенивание гранул полистирола
Технологическая схема производства листового пенополистирола.
Вспенивание суспензионного полистирола происходит в два этапа. Причем для каждой партии сырья определяется оптимальное время на прохождение данной стадии. Оно зависит от качества сырья. Этот период должен строго соблюдаться, так как если происходит увеличение временных интервалов, то гранулы могут разрушаться.
Первый этап обработки материала проходит в предвспенивателе. Этот агрегат – емкость с отверстиями в днище, через которые происходит подача пара. Также он оснащен активатором для размешивания гранул. Во время вспенивания (около 5 минут) в емкости поддерживается температура около 100-110° С.
Процесс вспенивания происходит следующим образом. Благодаря действию водяного пара активизируется пентан, который входит в состав гранул суспензионного полистирола. Они размягчаются и вырастают в объеме, при этом количество материала может увеличиться в 30-50 раз. Целостность и герметичность ячеек сохраняются.
Чтобы процесс вспенивания происходил с ускорением, гранулы перемешиваются при помощи механического активатора. В конце этого цикла материал под давлением поднимается. Через окно выгрузки выталкивается в промежуточную емкость, а затем при помощи пневмотранспорта перемещается в бункер для вылеживания.
Сушка и вылеживание вспененных гранул
Схема пенополистирола в качестве утеплителя.
В гранулах полистирола, которые были вспенены, заключается около 10-15% влажности. Внутри них присутствует разрежение, так как происходила конденсация остатков пентана и пара. В результате под воздействием этих факторов может произойти сжатие гранул, что повлечет снижение объема материала и увеличение насыпной плотности. Именно по этой причине технология производства пенопласта предусматривает этап высыхания.
Цель данной стадии:
- укрепление наружных стенок гранул;
- восстановление внутреннего давления.
Благодаря тому, что теплый воздух (около 35° С) проникает в ячейки материала, полистирол приобретает нужные параметры сопротивления сжатию. Причем чем ниже у материала насыпная плотность, тем быстрее будет поглощаться воздух.
Процесс сушки занимает около 5 минут. В некоторых случаях он совмещается с этапом транспортировки. Во время перемещения материала влажность может быть снижена до 6-3%. Кроме потери влажности, сушка способствует значительному увеличению текучести материала.
Схема основных видов пенополистирола.
Это, в свою очередь, позволяет заполнять бункера для вылеживания более эффективно. Эти специальные устройства представляют собой металлическую основу с фиксированным мешком из воздухопроницаемой ткани. В них хранят гранулы при температуре, не превышающей 22-28° С. Продолжительность может составлять от 6 часов до суток. Зависит это время от объемного насыпного веса гранул: при снижении веса срок увеличивается, но он не должен превышать 14 суток, так как за такой период изопентан улетучивается и гранулы теряют способность к вспениванию.
Между тем способов вылеживания существует несколько. Чтобы сократить время выдержки, применяется метод перекачивания гранул при помощи воздушного потока из бункера в бункер. При таком подходе достаточно 2-3 часов для приобретения материалом необходимых показателей водопоглощения и прочности.
Производство блоков и их резка
Производство или выпекание блоков проводится в специальной блок-форме. Это устройство из стали в виде прямоугольника имеет двойные стенки, причем внутренняя часть перфорированная (это необходимо для подачи пара).
Схема панели из пенополистирола.
После прогревания формы в нее засыпаются гранулы, и она герметично закрывается. Повторное вспенивание проводится также под воздействием водяного пара под давлением.
На качество пенополистирола влияет своевременное прекращение процесса формирования. Если он прерван раньше необходимого срока, то недостаточно вспененные гранулы плохо сплавятся. Если же материал передержан, то ячейки разрушаются и появляются усадочные явления. В обоих случаях качество изделия значительно ухудшается.
После этого следует процесс охлаждения. Полученные блоки размещаются в цехе, где могут находиться от 12 до 720 часов. За это время материал теряет излишнюю влажность. Именно ее избыток не позволяет производить резку сразу же после охлаждения. Чтобы получить плиты нужной толщины, используется автоматический станок. А в качестве режущего элемента применяются разогретые нихромовые струны. На заключительном этапе листы помещают на станок с вертикальной резкой и торцуют.
Экструдированный пенополистирол
Процесс производства экструдированного пенополистирола несколько отличается от изготовления пенопласта, хотя по химическому составу эти материалы довольно схожи. Экструзия – это своеобразный технологический процесс, который заключается в выдавливании материала, имеющего высокую вязкость. Пропускается такое сырье через экструзионную головку – особенное формующее приспособление, которое позволяет получить изделие, имеющее поперечное сечение нужной формы.
Исходным материалом для экструдированного пенополистирола служит полистирол общего назначения.
Таблица характеристик экструдированного пенополистирола.
Гранулы вспенивают, но не при помощи водяного пара, а с использованием специального агента.
Ранее в качестве вспенивающих материалов для получения экструдированного пенополистирола использовались различные фреоны (жесткие, мягкие и их смеси). Сейчас применяют безфреоновые компоненты на основе СО2.
Для изготовления экструдированного пенополистирола создаются определенные условия, которые запускают процесс преобразования полистирола. Как и при производстве пенопласта, гранулы вспенивают, и получается вязкотекучая масса. Согласно технологии идет обработка не отдельных гранул, а жидкообразного вещества.
Готовый материал состоит из массы закрытых ячеек, которые наполнены воздухом, и обладает цельной микроструктурой. Размеры ячеек составляют 0,1-0,2 мм.
По окончании производства остатки вспенивателя, как правило, на протяжении суток вытесняются окружающим воздухом. В готовом материале между ячейками отсутствуют микропоры.
При точном соблюдении технологии производства как обычного пенопласта, так и экструдированного пенополистирола, получается легкий и прочный материал, обладающий низкой теплопроводностью и паропроницаемостью, а также устойчивый к водопоглощению.