книги из ГПНТБ / Павлов В.А. Пенополистирол

внутренних степках змеевика не конденсировался пар, его помещают в обогреваемую камеру 4.

При больших масштабах производства для предвари­ тельного вспенивания гранул .используют червячные ма­ шины непрерывного действия, в которых вспенивание осуществляется с помощью пара (рис. III.6). Гранулы полистирола загружают в бункер, из которого с помо­ щью тарельчатого питателя они равномерно подаются в червяк и продвигаются по нему с помощью винта (дли­ на рабочей части червяка 3600 мм). Пар под давлением до 1,0 кгс/см2 подается в паровую рубашку червяка. Ре­ жим вспенивания регулируется подачей пара и скоростью прохождения гранул по червяку. Температура вспенива­ ния 96—98°С, продолжительность 55—165 с. Производи­ тельность установки можно изменять^ пределах от 1 до 2,5 м3/ч.

Предварительное вспенивание полистирола произво­ дят также в аппарате, представляющем собой барабан из нержавеющей стали (рис. III.7)-. Барабан вращается в кожухе из тонколистовой нержавеющей стали с часто­ той 10 об/мин. К внутренней стейке барабана приварена гребенка для разрыхления слипшихся гранул. Вспенива­ ние производят паром под.давлением 0,3 кгс/см2 в тече­ ние 3 мин. Через эжекционную воронку нагнетается высокоиапорным вентилятором воздух, захватывающий гра­ нулы и транспортирующий их через циклопы в бункер для выдержки вспененных гранул.

Гранулы

Конденсат

Рис. II 1.6. Червячная машина непрерывного действия для предвари­ тельного вспенивания гранул полистирола:

/ — бункер для гранул; 2 — червячный дозатор; 5 —трубчатый червяк; 4 — паровая рубашка; 5 — привод дозатора; 6 — редуктор; 7 —Электродвигатель.

50

♦

Рис. 111.7. Аппарат для предварительного вспенивания гранул поли­ стирола:

I — бункер для гранул; 2 — питатель; 3 — паровой эжектор; 4 — вращающийся барабан с гребенкой; 5 — эжекцнонная воронка для приема предварительно вспененного полистирола.

Установка для предварительного вспенивания гратіул полистирола в горячей воде состоит из корпуса, крышки, бункера-дозатора, устройства для выгрузки, системы ду­ шевых головок, системы обогрева и моноблок-насоса (рис. III.8). Вспенивание происходит при 95—98°С в те­ чение 4 мин. Производительность установки 60 кг/ч.

Корпус установки представляет собой металлическую ванну с площадью водного зеркала 3 м2, закрытую крышкой, которая снимается только при профилактичес­ ком осмотре и ремонтных работах. Крышка ванны одно­ временно является зонтом, из-под которого пар удаля­ ют пароотсасывающим устройством. На боковых по­ верхностях ванны имеются окна для наблюдения за процессом вспенивания. На одной торцевой стороне ванны расположен загрузочный бункер-дозатор в виде полого цилиндра, в боковой стенке которого вырезана щель на всю длину барабана. Через щель дозатора гранулы поступают из впускной воронки в цилиндр. При повороте цилиндра вокруг оси на 180° гранулы вы­ сыпаются в приемный бункер, откуда через выпускное отверстие поступают в ванну. Под загрузочным люком установлена рамка с сеткой, примыкающая к торцевой

51

стенке изнутри ванны, предназначенная для сбора поврежденных (не вспененных) гранул, пыли и различных включений. На другой торцевой стороне ванны имеется люк для выгрузки предварительно вспененного пенопо­ листирола. Система выгрузки состоит из выгребного устройства, которое представляет собой рамку с сет­ кой, перемещающуюся по всей длине ванны в направ­ ляющих (от загрузочного люка к люку для выгрузки) при помощи тросика, наматываемого на барабан. При вращении барабана рамка перемещается в одну или другую сторону в.зависимости от направления враще­ ния рукоятки.

Для интенсивного перемешивания гранул пенополи­ стирола внутри ванны над всей поверхностью водного зеркала установлены в два ряда 10 душевых головок со сферическим ситом (диаметр отверстий сита 1,5 мм). Через душевые головки орошают и «взбудораживают» распределившийся по водной поверхности пенополисти­ рол. Конструкция крепления душевых головок преду­ сматривает возможность изменения угла наклона их от­ носительного водного зеркала, что необходимо для на­ правленного орошения и перемешивания.

Горячая вода циркулирует в установке при помощи моноблок-насоса. Для этого снизу в ванну вварена вса­ сывающая труба, присоединяемая к насосу, и к нагне­ тающей стороне насоса присоединяете^ коллекторная

труба душевых головок. Уровень воды в установке под­ держивается поплавковой камерой. Воду в ванне нагре­ вают паром, который подводят через змеевики с отвер­ стиями для выхода пара. Змеевики расположены вдоль ванны в нижней ее части. Корпус и крышка ванны изо­ лированы слоем шлаковаты толщиной 40 мм, покрытой металлическим кожухом из стали толщиной 1,5 мм. Тру­ бопроводы изолированы асбестом. .

Выгруженный из ванны предварительно вспененный пенополистирол содержит довольно много воды (абсо­ лютная влажность его 250%), поэтому перед поступле­ нием в бункер запаса он должен быть высушен в спе­ циальной сушилке до 10—12%-ной влажности. Для этой цели применяют сушилку этажерочного типа (рис. III.9)

-/

в виде шахты, внутри которой друг над другом1расположены полки с ситами. На каждом сите размещается 3—3,5 кт пенополистирола слоем толщиной до 3 см. Си­ то изготовлено из алюминиевых уголков и представляет

собой сетчатый лоток с размером ячеек 0,5X0,5 мм. Воз­ дух подают в сушилку вентилятором и подогревают в калорифере паром до 40—50°С. Сито с высушенным ма­ териалом вынимают снизу шахты, а сито с влажным материалом закладывают в сушилку сверху. Сита опус­ кают и поднимают вручную с помощью червячных пере­ дач, расположенных с трех сторон сушилки. Вентилятор в калорифер расположены внизу сушилки. Производи­ тельность сушилки 60 кг/ч.

В Японии (фирма «Тоуо Metals Со Ltd.») и в Голлан­ дии (фирма «Thomassenfabrik») используют71 для пред­ варительного вспенивания гранул паром предэкспанде­ ры — івспениватели непрерывного действия производи­ тельностью 1200 кг/ч.

В Японии выпускаются 172 предвспеннватели ’ непре­ рывного действия, в которых операции по загрузке, вы­ грузке и- контролю степени вспенивания автоматизиро­ ваны. Производительность предвспенивателя (в зависи­ мости от насыпной плотности вспененных гранул) 30— 180 кг/ч. При этом коэффициент вспенивания гранул можно варьировать в пределах от 15 до 75. Подача ма­

может быть осуществлено с помощью токов высокой ча­ стоты. Для этого к гранулам добавляют небольшое коли­ чество воды, содержащей электролит 18|_|95.

Для предварительного вспенивания воздухом с тем­ пературой 100—110°С предложена установка, состоящая из бункера, устройства для подачи гранул, подогревате­ ля воздуха и вентилятора для подачи подогретого воз­ духа, эжектора, циклона, воздушного холодильника и сборника вспененных гранул 1за. С помощью этого уст­ ройства можно вспенивать гранулы с насыпной плотно­ стью 10—80 г/л. Однако при этом затрачивается в 3-г 4 раза больше времени, чем при вспенивании в воде, а повышение температуры воздуха приводит к оплавле­ нию гранул.

54

Для лабораторного изучения процесса предваритель­ ного вспенивания суспензионного полистирола ПСБ мо­ жет служить прибор, показанный на рис. III.11. Вспени­ вание происходит в стеклянной трубе, вставленной ів быстросъемиую оболочку и частично погруженной в ванну

с глицерином с регулируемым обогревом. Газ или пар, используемые в качестве теплоносителя, входят в трубу через медный 'нагревательный змеевик, температура ко­ торого такая же, как и в ванне. Гранулу помещают на вертикальную заостренную иглу, которая поддерживает­ ся с помощью проіволочной рамки. За вспениванием гранулы следят при помощи калиброванного подвижно­ го микроскопа.

Разработан прибор для изучения 'кинетики предвари­ тельного вспенивания полистирола 140 (рис. III.12). Гра­ нулы помещают в стакан, в котором иа расстоянии

55

5—10 мм от дна находится поплавок. На щитке прибо­ ра устанавливают требуемую скорость вращения бара­ бана — масштаб записи. При вспенивании масса дейст­ вует на датчик, с которым связано перо самописца. На вращающемся барабане вычерчивается кривая: степень вспенивания — продолжительность вспенивания.

I Выдержка предварительно вспененных гранул на воздухе

После окончания процесса предварительного вспени­ вания гранулы полистирола в течение определённого времени выдерживают на воздухе, "я

Изопентан (т. кип. 28°С), равномерно распределен­ ный в массе полистирола, прочно удерживается в нем даже при температуре несколько выше температуры ки­ пения (38—45° С). При нагревании полистирола в ки­ пящей воде он размягчается и становится эластичным, а изопентан переходит в газообразное состояние, рас­

ности вспенивания). Скорость и коэффициент вспенива­ ния зависят от соотношения между внутренним давле­ нием газообразного изопентана и вязкостью размягчен­ ного полистирола.

При охлаждении вспененных гранул на воздухе их поверхностные пленки отвердевают, а сжатый газооб­ разный изопентан конденсируется, что приводит к рез­ кому уменьшению его объема и образованию разреже­ ния (вакуума) внутри ячеек. Сконденсированный газ осаждается в виде капель внутри гранул, так как плен­ ки ПСБ не смачиваются жидким изопентаном. Кроме того, в процессе выдержки гранул на воздухе происхо­ дит диффузия воздуха внутрь гранул, ускоренная боль­ шим перепадом давлений. Это способствует увеличению вспенивающей способности гранул при дальнейшей пе­ реработке.

Чтобы влага не диффундировала внутрь гранул при выдержке на воздухе, их следует предварительно под­ сушить. В процессе окончательного вспенивания гранул при 100—110°С происходит обратный процесс — влага через пленки полистирола диффундирует в атмосферу, в результате чего изделия получаются рыхлыми и не­ прочными.

5&

Соотношение между давлением газа внутри ячеек Р и прочностью стенок ячеек при растяжении а определя­ ется уравнением:

Р _ 25ff

Г

где б — толщина стенок; г — радиус ячеек.

С повышением температуры газопроницаемость пле­ нок (стенок ячеек) значительно возрастает, в .?связи с чем давление газа внутри гранул в результате диффузии резко уменьшается, что приводит к разрушению яче­ ек 127>142. Поэтому рекомендуется применять (вспениваю­ щие агенты, для которых пленки полистирола мало про­ ницаемы, — азот, воздух и изопентан.

Рис. III.13. Зависимость коли­ чества воздуха, поглощенного гранулами, от продолжитель­ ности и температуры вы­ держки.

Продолжительность выдержки сухих гранул на возду­ хе при 20—25°С зависит от степени 'предварительного вспенивания и величины разрежения (вакуума) внутри гранул. Из рис. III.13 видно, что наиболее интенсивное

Т а б л и ц а III.4. Зависимость продолжительности выдержки гранул на воздухе от продолжительности предварительного

вспенивания и степени разрежения внутри ячеек

57

поглощение воздуха происходит за первые 5 ч выдерж­

тельности предварительного вспенивания и степени раз­ режения внутри ячеек.

В процессе выдержки из предварительно вспенен­ ных гранул постепенно улетучивается вспенивающий агент. Поэтому для материала с определенной насыпной плотностью устанавливается не только наименьшая про­ должительность выдержки, в течение которой в гранулы успевает диффундировать воздух, но и наибольший срок хранения, в течение которого потери вспенивающего агента еще не 'настолько велики, чтобы это отрицательно сказывалось на качестве изделий (табл. III.5).

Окончательное вспенивание заключается оз тепловой обработке предварительно вспененных гранул, помещен­ ных в пресс-форму, в результате которой они расширя­ ются и сплавляются между собой. При повышении тем­ пературы увеличивается давление находящихся в грану­ лах воздуха и паров вспенивающего агента, что приво-

58

Т а б л и ц а III.6. Зависимость свойств пенопластов

от продолжительности выдержки предварительно вспененных гранул

дит к расширению гранул и способствует их сплавлению. При этом образуется гомогенная масса с равномерной ячеистой структурой. После охлаждения масса затвер­ девает и образуется изделие, форма которого соответст­ вует конфигурации пресс-формы.

Степень расширения пор в основном зависит от тем­ пературы нагревания, а скорость расширения от интен­ сивности процесса нагревания и, следовательно, от ви­ да теплоносителя.^В качестве теплоносителей для окон­ чательного вспенивания можно применять горячую воду, пар, воздух. Продолжительность спекания гранул с при­ менением горячего воздуха в 5—10 раз больше, чем при использовании горячей воды,/а продолжительность окон­ чательного вспенивания водой в 10—15 раз больше, чем с использованием острого пара 143’ и4. Проникновение па­ ра сквозь стенки ячеек происходит очень быстро (по сравнению с проникновением изопентана). Первоначаль­ ное расширение гранул происходит под действием газообразователя, а дальнейшее — под действием пара.