Все о пенополистироле: опыт от практиков

http://engitime.ru/

1. Получение 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 мы подробно остановимся на методе получения изделий из вспененного полистирола методом формования.

Сырье для пенополистирола

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.

Основными критериями при выборе марки вспенивающегося полистирола являются:

  • 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 соответсивии 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 материалов с требуемыми свойствами.

2. 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.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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

3. 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.

Ирина Химич

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.