книги из ГПНТБ / Павлов В.А. Пенополистирол

Увеличение продолжительности обработки паром выше оптимальной приводит к уменьшению содержания вспе­ нивающего агента в порах гранул и вызывает усадку изделий.

Для окончательного вспенивания необходимо приме­ нять сухой пар. Использование влажного пара приводит к увеличению продолжительности вспенивания, так как нужно удалять образовавшийся конденсат из рабочего пространства пресс-формы. Кроме того, наличие воды на гранулах отрицательно сказывается на свойствах изделия и увеличивает продолжительность сушки изде­ лий.

Практически обеспечить поступление в пресс-форму абсолютно сухого пара трудно. Для этого необходима тщательная теплоизоляция всех паропроводов и уста­ новка достаточного числа конденсационных горшков. В ряде случаев пресс-форму перед загрузкой гранул на­ гревают, что приводит к уменьшению количества обра­ зующегося конденсата.

Наличие воздуха в паре снижает температуру пара при любом давлении. Если допустить, что пар, посту­

1,5 кгс/см2. Температура насыщенного пара при дав­

тепла. Если скорость пара, поступающего в пресс-фор­ му, слишком мала, то образуется слой воздуха, который задерживает передачу тепла гранулами пенополистиро­ ла. Ниже показано, как изменяется коэффициент тепло­

Наличие воздуха не только приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи пара, но и способствует увеличению давления в пресс-форме, которое складыва-

60

ется из давления насыщенного пара, давления воздуха внутри предварительно вспененных гранул и давления изопентана. Для максимального снижения содержания воздуха в паре необходимо в системе подачи пара уста­ навливать воздушные клапаны, а пресс-формы снаб­ жать устройствами для отвода воздуха.

Для получения изделий требуемой плотности пресс-'фі, форма должна быть заполнена предварительно вспенен­ ными гранулами полностью, так как переполнение или недостаточное наполнение пресс-формы может привести к изменению плотности изделия или получению изделий неравномерной плотности. Расчет необходимого .количе­ ства пенополистирола для заполнения пресс-формы (в г) производится 'по формуле:

зависит от способа засыпки гранул в пресс-форму, их

электричества, что приводит к отталкиванию гранул от стенок (или друг от друга) и образованию пустот. Если эти пустоты не устранить, в отформованных изделиях образуются так называемые раковины. Для устранения этих дефектов рассчитанное на основании объема прессформы и требуемой кажущейся плотности готового из­ делия количество предварительно вспененных гранул засыпают послойно с уплотнением каждого слоя специ­ альным инструментом. При этом, помимо устранения раковин, происходит частичное удаление .воздуха, нахо­ дящегося- в межгранульном пространстве. 'Эксперимен­ тально установлено, что свободный объем (пространст­ во между гранулами) при этом сокращается на 20%. Образованию пустот способствует также воздух, кото­ рый при нагревании пресс-формы из-за образующейся корки полимер.а ие может выйти наружу и сосредота­ чивается в самом холодном месте формы. Поэтому не­ обходимо в начальный период формования, когда-гра-

61

пулы еще не соединены между собой, вывести воздух из межгра'нулы-юго пространства. Это можно сделать, на­ пример, с помощью вакуумного насоса. Однако это тре­ бует применения герметичных форм н не обеспечивает полного удаления воздуха. Во время удаления воздуха таким способом не происходит равномерного нагревания формы и гранул.

Вывод воздуха из межгранульного пространства с помощью пара, поступающего в верхнюю часть формы, также не дает хороших результатов. Вытесняя воздух, пар одновременно нагревает форму и гранулы, причем прежде всего в верхней части формы. Кроме того, пар, конденсируясь на еще мало нагретых гранулах, вызы­ вает их увлажнение. Все это препятствует быстрому и

дим не ламинарный, а турбулентный поток пара, так называемый паровой удар174, при котором обеспечи­ вается интенсивное смешивание пара с воздухом и вы­ теснение последнего.

При выборе того или иного способа окончательного вспенивания пенополистирола необходимо прежде всего учитывать производительность данного предприятия и "бго энергетические ресурсы, а также требуемые размеры изделий. На ірис. III.14 представлена технологическая схема производства пенополистирола ПСБ на Мытищин­ ском комбинате строппластмасс 13. Гранулы полистирола на предварительное вспенивание подаются пневмотранс­ портом. Пневмоустановка состоит из вентилятора высо­ кого давления, калорифера, приемного бункера, воздухо­ вода диаметром 150 мм и длиной 52 м и циклона. Из приемного бункера гранулы увлекаются воздушным по­

где оседают, а очищенный воздух выбрасывается в атмо­ сферу. При транспортировании гранул повышенной влажности воздух подогревается в калорифере до 60°С. Из циклона гранулы полистирола попадают в бункер червячного аппарата для вспенивания. Из этого аппара­ та вспененные гранулы пенополистирола транспортиру­ ются в бункер, из которого с помощью дозаторов они

62

поступают в формы. Применяют обычно перфорирован­ ные формы из 'нержавеющих материалов с плотно при-, мыкающими крышками. Заполненные формы собирают

Рис. III.14. Технологическая схема производства пено­ полистирола:

в кассеты, устанавливают‘на вагонетки, зажимают струбдинам« и направляют в автоклав. Выдержка изделий

вавтоклаве при давлении пара 0,8—1,2 кгс/см2 состав­ ляет 30—60 мин. Обычно применяют автоклав диаметром 2 м и длиной 17 м. Продолжительность процесса от за­ грузки форм до выгрузки автоклава составляет 2 ч. Вы­ груженные из автоклава изделия остывают до 40—50*0

впресс-формах. После распалубки'пресс-форм плиты пе­ нополистирола направляют на склад готовой продукции.

Этим способом можно изготовлять большое число из­ делий различных размеров и конфигурации с кажущейся плотностью от 16 до 70 кг/м3. К недостаткам этого спо­ соба можно отнести: значительные затраты ручного тру­ да, громоздкость оборудования, большой расход пара, трудность получения изделий толщиной более 100 мм, пониженные физико-механические показатели изделий.

63

непрерывного действия, непрерывно пульсирующих ус­ тановок роторного или конвейерного типов, стацио­ нарных форм с ручным управлением, полуавтоматиче­ ских или автоматических.

Метод импульсной тепловой обработки заключается в тем, что пар с большой скоростью подается в пресс-фор- 'му *и поступает в межпранульные пустоты, при этом на­ гревание гранул происходит за счет тепла, выделяюще­ гося при конденсации пара. При использовании метода импульсной тепловой обработки получаются изделия, в которых поверхностный слой имеет более высокую ка­ жущуюся плотность, чем средние слои. На рис. III.15 показано распределение кажущейся плотности в блоке пенополистирола размером 1000X1000X500 мм (средняя кажущаяся плотность 22—24 кг/м3). Крупногабаритные блоки или изделия сложной конфигурации всегда харак­ теризуются неравномерным распределением кажущейся плотности и 'имеют уплотненный поверхностный слой.

Рис. III. 15. Распределение кажущейся плотности п бло­ ке пенополистирола.

Формование крупногабаритных изделий сложной кон­ фигурации целесообразно проводить при помощи инъекторов — перфорированных трубок диаметром 20—25 мм с диаметром' отверстий 1—2 мм. В соответствии с зоной влияния инъекторов (рис. III.16) они должны быть рас­ положены на расстоянии 80—100 мм от стенок пресш формы, расстояние между инъекторами может быть 180—250 мм (рис. III.17). Инъектор должен быть перфо­ рирован таким образом, чтобы обеспечить примерно равномерную подачу' пара. Сумма площадей отверстий

64

перфорации должна быть равна площади проходного сечения ннъектора. И'нъекторы должны иметь пневмати­ ческий привод для их одновременного извлечения после окончания формования изделия. Все ииъекторы должны

соединяться при помощи армированных резиновых шлан­ гов с паровым коллектором, который соединяется с кла­ паном импульсной подачи пара. Площадь проходного сечения клапана импульсной подачи пара должна соот­ ветствовать сумме площадей проходного сечения всех ииъекторов. Давление пара должно быть в пределах 0,7—1,5 кгс/см2.

Ииъекторы, служащие для отвода конденсата, анало­ гичны паровым, но соединяются с атмосферой или с кол­ лектором, который подключен к водокольцевому насосу.

Стенки пресс-формы для крупногабаритных моделей должны иметь перфорацию диаметром 1—j2 мм, шаг пер­ форации 40—60 ' мм.

Метод импульсной тепловой обработки обеспечивает автоматический контроль готовности изделия, основан­ ный на измерении давления пара в месте его поступле­ ния в форму с помощью элекгроконтактного манометра.

В табл. III.7 приведены режимы окончательного вспе­ нивания полистирола различными методами.

При формовании пенополистирол оказывает давление на стенки формовочной камеры. Нарастание давления в зависимости от продолжительности обработки и давле­ ния пара" показано на рис. III.18. Из данных, приведен­ ных на рисунке, следует, что с целью сокращения рас­ хода пара крупногабаритные изделия сложной конфи­ гурации следует формовать только из сухих гранул.

Т а б л и ц а Ш .7. Режимы окончательного вспенивания полистирола

Для определения максимального давления, развивае­ мого в изделии при формовании, разработай прибор 157, с помощью которого давление пенополистирола рассчи­ тывают по прогибу крышки формы, закрепленной на

Рис. III.18. Зависимость давления, оказываемого пенополистиролом на стенки пресс-формы, от продолжительности формования (а)

и давления пара (б ):

двух опорах и играющей роль мембранного датчика дав­ ления (рис. III.19). Кривая зависимости давления, опре­ деляемого максимальным прогибом крышки прибора, от продолжительности формования приведена на рис. III.20. На этом приборе можно экспериментально установить зависимость кажущейся плотности готового пенопласта от давления при постоянной температуре нагревания материала. Кроме того, расчетным путем можно опре­ делить зависимость давления от содержания порообра-

«6

зователя. Разработан также метод определения давле­ ния полистирола, основанный на фиксации изменения его объема в процессе нагревания 158’159.

Давление в полости прессформы зависит от темпера­ туры формования, кажущейся плотности изделия161 и содержания вспенивающего агента. Для определения давления, развивающегося в полости формы (вкгс/см2), предложена 160 следующая эмпирическая формула:

P ==P A + P B V + P D E — \,03

формованном изделии, равный процентному содержанию пустот в нем; PD — давление, развиваемое оставшимся в гранулах вспени­ вающим агентом при температуре формования, кгс/см2; Е — по­ правочный коэффициент, зависящий от кажущейся плотности от­ формованного изделия.

Значения величин, входящих в эту формулу, приве­ дены в табл. III.8—ШЛО. Ниже даны значения попра­ вочного коэффициента Е.

Обычно фактическое давление в пресс-форме несколь­ ко ниже расчетного. В табл. III.11 приведены значения, зависящие от кажущейся плотности 'Изделия.

расчетного и фактического давления, развиваемого при вспенивании изделия кажущейся плотности 16 кг/м3 при различных температурах формования.

6 8 '

Охлаждение изделий 1 ^

Последняя стадия формования — охлаждение изде-' лий в форме занимает приблизительно 40—60 мин. Для охлаждения пресс-форм применяют главным образом сжатый воздух, воду или комбинированное охлаждение. Вода может подаваться свободной струей (душиірова- . ние), пресс-форму можно окунать в воду или охлаждать ее проточной водой или воздухом ® замкнутых каналах^,

Целесообразность того или иного способа охлаждения пресс-форм определяется многими факторами: типом сплава, применяемого для изготовления пресс-форм, раз­ мерами пресс-форм и соотношением этих'размеров, кон­ струкцией пресс-форм, характером производства, сте­ пенью механизации и т. п.

Наиболее эффективным является охлаждение пенопо­ листирольных изделий с применением вакуума. При этом значительно повышается скорость охлаждения, улучша­ ются условия теплопередачи, уменьшается опасность усадки изделий из пенополистирола с низкой кажу­ щейся плотностью (так как изделие до полного охлаж­ дения остается прижатым к стенкам пресс-формы),сни­ жается влажность готового изделия. Скорость охлажде­ ния возрастает на 10—15% по сравнению со скоростью

местное с рабочей стороны пресс-формы; по всей наруж­ ной поверхности пресс-формы; местное с тыльной сто­ роны; по всей поверхности преес-формы,

60