книги из ГПНТБ / Перегудов, В. В. Тепловые процессы и установки технологии полимерных строительных материалов и изделий учебник

с момента пуска пара в камеру и заканчивается при достижении максимальной температуры. Длительность I периода Ть Пар, пода­ ющий в камеру, конденсируется на изделиях и в виде конденсата проникает в поры материала заготовки. При этом наиболее быстро нагревается поверхность заготовок, получающая выделенную скры­ тую теплоту парообразования. Наличие крупных пор (отверстий) в заготовке резко увеличивает равномерность прогрева, так как пленка конденсата на поверхности крупных пор образоваться не может, пар проникает по этим порам в глубь изделия и конденси­ руется, отдавая скрытую теплоту парообразования внутренним слоям материала. Общее давление в камере, равное атмосферному,

t°C

Рис. 112. Кривая тепловой обработки изделии в камере для окончательного вспучивания

складывается из парциального давления пара Рп' и парциального давления воздуха Рв', находившегося в камере до пуска туда пара

Для повышения температуры в камере до 95—98° С, являющей­ ся наилучшей для вспучивания, необходимо либо повысить несколь­ ко общее давление Робщ в камере, либо удалить воздух из камеры

димого количества пара для снабжения камеры в периоды подогре­ ва и изотермической выдержки.

240

Расход тепла за .[ период во время T i складывается

чиваемое на потери в окружающую среду; Q n — неучтенные потери.

где Q n o T — тепло, затраченное на потери в окружающую среду за время Х2', Q n — неучтенные потери тепла за время х2.

Аналогично расход пара за I I период составит

охлаждения материала, металлических частей и стенок камеры до заданной конечной температуры.

Удельные затраты пара на вспучивание материала в 10-ярусной

,паровой камере составляют 0,8—1,1 кг/кг. Расход охлаждающей воды 2—5 кг/кг.

Автоклавные установки. В автоклавах в отличие от камер, форм и ванн используют пар давлением выше атмосферного, но они ра­ ботают периодически. Автоклавы применяют для окончательного вспучивания поропластов. Эти установки представляют собой сталь­ ной цилиндрический котел с двумя крышками по торцам. Обе крышки могут быть съемными, в этом случае автоклав является проходным, т. е. вагонетки могут проходить автоклав насквозь. Однако автоклав может быть и тупиковым, в этом случае он снаб­ жается одной съемной и одной глухой крышками. Вагонетки с ма­ териалом в такой автоклав заталкиваются и выгружаются с одной и той же стороны. На рис, 113 показан тупиковый автоклав.

Корпус котла / сваривается из двухметровых секций. Крышка 2 быстро закрывающаяся, снабжена байонетным затвором, состоя­ щим из байонетного кольца. Кольцо затвора, снабженное выступа-

241

ми (зубцами) 3, входит в промежутки 4 между такими же высту­ пами на корпусе автоклава и поворачивается на некоторый угол. Выступы кольца затвора заходят за выступы корпуса и прочно удерживают крышку в закрытом, создающем хорошую герметич­ ность, положении. Поворот кольца, а также отвод крышки вверх

на стрелке А

Рис. 1.13. Тупиковый автоклав для тепловлажностной обработки полимерных изделий (продолжение)

при открытии и закрытии автоклава осуществляются специальным подъемным механизмом 5, приводимым в действие от гидросисте­ мы б.. Автоклав снабжен патрубками для ввода пара, вывода кон­ денсата и двумя предохранительными клапанами. Пар в автоклав подается через входной патрубок и поступает в две перфорирован­ ные трубы, располагаемые с обеих сторон вагонеток в нижней час­ ти автоклава. Кроме того, в автоклаве уложены рельсы для транс­

вспучивании. Поезд из таких вагонеток заталкивается в автоклав, крышка которого закрывается, и в автоклав впускается пар давле­

243

нием 1,2—1,5 ат. При этом давлении будущие плиты из полистпрольного поропласта выдерживаются в течение 30—60 мин, после

никание конденсата между гранулами полистирола, поэтому быст­ ро прогревается весь слой загруженного материала до температу­ ры вспучивания. Нагрев-через стенку в этом случае неэффективен, так как благодаря малой теплопроводности предварительно вспу­

Принцип теплотехнического расчета автоклава аналогичен при­ веденному для паровой камеры.

§ 2. Установки непрерывного действия

Для предварительного вспучивания, а также для спекания и вспучивания применяют непрерывно действующие шиековые, бара­ банные и камерные установки, а также карусельные машины.

Шнековый аппарат для предварительного вспучивания (рис. 115) состоит из загрузочного оункера 1, шнекового дозатора 2, шнека 3, паровой рубашки 4, электродвигателя 5' и редуктора 6. Паровую рубашку и поверхность шнека, свободную от нее, для уменьшения потерь в окружающую среду покрывают теплоизоляционным сло-

244

Проходя через шнек, материал нагревается за счет тепла, пере­ даваемого ему через паровую рубашку, кроме того, пар, поступаю­

подогревая его в общей сложности до 90—95° С. При этом гранулы размягчаются, а испаряющийся изоиентан вспучивает их. Время пребывания материала в шнековом аппарате составляет 2—3 мин. Производительность аппарата по вспученным гранулам составляет 2,5 м3/ч. Удельный расход пара 1,6—2,0 кг/кг поропласта. .Влаж­ ность выходящих вспученных гранул 18—20%.

I

Рис. 115. Шнековый аппарат для предварительного вспучивания бисерного полистирола:

Теплотехнический расчет шнекового аппарата для вспучивания непрерывного действия составляют на 1 ч работы.

Барабанный аппарат (рис. 116) для предварительного вспучи­ вания представляет собой барабан 1 с вращающимся валом 2. Из бункера 3 материал ячейковым питателем 4, приводящимся синх­ ронно с приводом вращения вала барабана, поступает в закрытый желоб 5 и далее в трубопровод, куда подается воздух. Материал в смеси с воздухом далее попадает в эжектор 6. В эжектор подает­ ся пар. давлением 1,3 ат. Материал эжектируется паром, нагрева­ ется и вспучивается. Гребенка вала и барабана гасит давление пара, поэтому в самом барабане поддерживается парциальное дав­ ление пара, равное 0,7—0,9 ат. Вспученный в барабане материал выгружается через закрытый желоб 7 и пневмотранспортом направ­ ляется на дальнейшую переработку. Для удаления пара применя­ ют вакуумирование, а для подсушки гранул в корпус барабана по­ дается горячей воздух.

Конденсат удаляется из барабана с помощью кондесатоотводчика через штуцер 8. Производительность барабанного аппарата составляет. 150 кг/ч. Число оборотов барабана 10 об/мин, число

245

рачивается вокруг неподвижной колонны 2 с шагом в 60°, т. е. на одну форму, от гидроцилиндра 3 через рычажно-храповой меха­ низм 4. Интервал между поворотами стола равен времени, потреб­ ному на тепловую обработку.

На плане машины показаны позиции, занимаемые столом на этапах формования плит. На позиции А из бункера дозатором фор­ ма заполняется предварительно вспененными гранулами полисти­ рола. Для этого дно формы поднимается на заданную величину,

Рис. 117. Карусельная спекальная машина для листового поропласта:

/ — круглый стол; 2 — неподвижная колонна; 3 — гидроцилиндр стола; 4— рычажнохраповой механизм; 5 — гидроцшшндр пресса; б — заполненная форма; 7 — колдектор для подачи пара в форму; 8 и 9— верхняя н нижляя нагревательные и прессую­ щие плиты; 10 — механизм сталкивания; / / — бункер для загрузки

равную необходимой высоте загрузки. После загрузки дно формы опускается в исходное положение, и форма, продвигаясь вместе со столом на одну позицию, попадает под гидравлический пресс, раз­ мещенный на позиции Б. Гидроцилиндр пресса 5 поднимает запол­ ненную форму 6 и зажимает ее между верхней 8 и нижней 9 пли­ тами. После этого в форму через коллектор 7 подается перегретый пар с t= 110—120° С и давлением 0,7 ат. Время подачи пара состав­ ляет 3—4 мин. Пар пронизывает всю толщину засыпанного слоя ма­ териала, пластицирует его и в виде конденсата удаляется через ниж­ нюю плиту. Гранулы за счет образующегося давления при пласти­ кации и вспучивании полностью заполняют всю форму и спекают-

247

продолжается длительное время, т. е. в течение длительного! вре­ мени после изготовления полимерные изделия уменьшают свои раз­ меры.

Наиболее резко эти явления наблюдаются при переработке кри­ сталлических полимерных материалов. Быстрое охлаждение1 кри­ сталлических полимерных материалов приводит к тому, что боль­ шая часть аморфной фазы остается незакристаллизованной.

При хранении и эксплуатации таких изделий наблюдается са­ мопроизвольный переход аморфной структуры в кристаллическую (например, для полиэтилена наблюдалось повышение кристаллич­ ности на 6% за 1300 суток).

Этот переход аморфной структуры в кристаллическую сопро­ вождается объемной усадкой изделий. Кроме усадочных напряже­ ний, возникающих за счет неравномерного температурного поля охлаждения и напряжений структурного порядка, в материалах об­ разуются напряжения за счет ориентации молекул. Можно отме­ тить, что в конце цикла формования любым методом материал бу­ дет находиться в неравновесном (напряженном) состоянии. Оста­ точные напряжения не только приводят к изменению размеров изделий в процессе их хранения и эксплуатации, но и к появлению волосяных трещин, к уменьшению прочности и снижению темпера­ туры, при которой материал начинает коробиться.

Естественно, возникает вопрос снятия напряженного состояния, получения стабильных размеров изделия сразу после его изготов­ ления. Снятие напряжений, или, как принято называть, релаксация напряженного состояния в материалах, может быть ускорена во много раз при дополнительном подогреве материала.

Мак-Келви [29], рассматривая зависимость объема полимерных материалов от температуры, рекомендует для определения време­ ни релаксации использовать уравнение

где Ve — равновесный удельный объем материала; V — удельный объем, который необходимо получить после частичного или полно­ го снятия напряженного состояния; V0—начальный удельный объем полимерного материала (объем в начальный момент, с ко­ торого начинается релаксация напряжений); К — постоянная ско­ рости изотермического расширения полимерного материала; х — время релаксации в зависимости от температуры, при которой ве­ дется процесс.

249