Технология производства пенопласта

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.