Исходные данные
Пенопласт (пенополистирол)
для строительной теплоизоляции
изготавливается беспрессованным
способом и
з
вспенивающегося суспензионного
полистирола. Пенопласт (пенополистирол)
вспеневается с помощью натурального
вещества пентана. Пентан быстро
разлагается в атмосфере, в почве или
воде. В процессе переработки гранулы
вспененного полистирола подвергаются
тепловому воздействию водяного пара.
В результате образуется равномерновспененная
масса с очень тонкой замкнуто-ячеистой
структурой. 1 м3 такого
материала на 98% заполнен воздухом,
заключенным в 3-6 миллиардах закрытых
ячеек. Благодаря внутренней структуре
обладает очень низкой теплопроводностью,
близкой к теплопроводности неподвижного
воздуха (коэффициент теплопроводности
воздуха около 0,00006 кал/см. сек. град.,
т.е. через каждый квадратный сантиметр
при разности температур 1оС
и при толщине 1 см. передается 0,00006 калорий
в течение 1 секунды). Таким
образом, полистирол представляет собой
застывшую при охлаждении жёсткую
вспененную полистирольную массу с
замкнутыми ячейками, заполненными
воздухом и является экологически
безопасным строительным материалом.
Качество пенопласта (пенополистирола)
в значительной степени зависит от
технологического оборудования и
применяемого сырья с добавками антипиренов
или без антипиренов.
3.Технология производства пенопласта (пенополистирола)
1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ВСПЕНИВАНИЕ
1.1. Краткая характеристика сырья
В качестве сырья используется вспениваемый самозатухающий полистирол, содержащий 5-6% смеси пентана и изопентана, являющейся вспенивающим фактором. Эта смесь содержится в гранулах полистирола в растворенном виде.
Сырье имеет вид гранул, получаемых путем суспензионной полимеризации стирола. Оно содержит вещество, снижающее горючесть -антипирен.
После подогрева до температуры 90-100°С, под действием улетучивающегося пентана гранулы увеличивают свой объем (процесс вспенивания) примерно в 30-65 раз. В промышленной практике для вспенивания полистирола используется водяной пар, который проникает также внутрь гранул и способствует действию пентана.
Международное обозначение вспениваемого полистирола: EPS самозатухающий FS.
Хранение:
Хранить исключительно в заводской, плотно закрытой таре или контейнерах, установленных в проветриваемых помещениях или под навесом, далеко от источников тепла и огня. Рекомендуется хранить сырье при температуре, не превышающей 20°С.
Продукт, хранимый при рекомендуемой температуре, следует использовать не позднее 3-6 месяцев с даты исследования продукта, указанной в сертификате качества. Продукт из частично опорожненной или поврежденной тары следует использовать немедленно.
В производственных помещениях можно хранить сырье в количестве, не превышающем его среднесуточный расход.
1.2. Переработка вспениваемого полистирола .
Окончательная плотность готового продукта определена уже на этапе предварительного вспенивания.
Важным показателем является контроль давления при процессе вспенивания, для непрерывных предвспенивателей 0,015-0,03 МПа, для циклических 0,015-0,02 МПа.
Во вспенивателе два способа изменения мнимой плотности продукта:
путем изменения количества подаваемого сырья;
путем изменения уровня вспениваемого материала в рабочей камере;
Первый и второй способ оказывают влияние на время нахождения вспениваемого материала в рабочей камере. Третий способ влияет на температуру в камере.
Влияние времени нахождения сырья во вспенивателе на мнимую плотность продукта представлено на рис.1.2.
Если время нахождения сырья во вспенивателе слишком продолжительно, то гранулы начинают усаживаться и плотность растет; при слишком высокой температуре вспененные гранулы могут образовать комки. Оба эти явления могут происходить одновременно. И оказывать непосредственное влияние на качество конечного продукта.
Плотность
Продолжительность предварительного вспенивания
Рис.1.2. Зависимость между мнимой плотностью и продолжительностью вспенивания
С целью получения низкой плотности (< 12 кг/м3) применяют двухступенчатое вспенивание. Двухступенчатое вспенивание проводят с помощью того же самого оборудования, которое используется для одноступенчатого вспенивания, с подачей предварительно вспененного сырья через систему вторичного вспенивания.
С целью достижения оптимальных результатов вспенивания гранулы перед вспениванием второй ступени должны быть насыщены воздухом (процесс кондиционирования).
Предварительно вспененные гранулы поступают в сушилку с кипящим слоем, в которой теплый воздух (темп. примерно 30-40°С) проходит через перфорированное днище сушилки, сушит и продвигает гранулы в направлении выгрузочного вентилятора.
Воздушная струя должна распределяться таким образом, чтобы процесс сушки и перемещения гранул протекал равномерно по всей длине сушилки (регулировка осуществляется с помощью заслонок в воздушных камерах сушилки).
Одним из чрезвычайно важных факторов, оказывающих влияние на вспенивание полистирола, является продолжительность хранения сырья. Чем старше сырье, тем продолжительнее вспенивание и тем труднее достичь требуемой мнимой плотности вспененных гранул. Поэтому срок хранения сырья в герметичной упаковке ограничен до шести месяцев.
1.3. Техническое оснащение узла предварительного вспенивания
a) вспениватель ВП-03
b) система вторичного вспенивания СВВ-1
c) поточная сушилка гранул СС-106
d) выгрузочный вентилятор ВПВ-2,5
2. КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ВСПЕНЕННЫХ ГРАНУЛ
2.1. Основы процесса кондиционирования гранул
В ходе кондиционирования воздух проникает внутрь вспененных гранул вследствие образовавшегося в них вакуума, а из вспененных гранул в атмосферу выпускается влага в виде пара и пентан, не прореагировавшие остатки процесса полимеризации сырья. Указанный газообмен возможен благодаря газопроницаемости полистироловых оболочек.
Рис.2.1. Гранулы вспениваемого полистирола в процессе кондиционирования
Скорость диффузии воздуха внутрь гранул обусловлена, главным образом, мнимой плотностью, температурой окружающей среды и размером гранул. Целью удаления влаги с поверхности гранул в сушилке с кипящим слоем является получение 100% мнимой поверхности, через которую осуществляется газообмен.
Скорость испарения пентана также зависит от плотности, температуры окружающей среды и размера гранул. Из крупных гранул пентан испаряется медленнее, чем из гранул малого диаметра, что обусловлено соотношением между поверхностью гранулы и ее массой.
2.2. Техническое оснащение узла кондиционирования гранул
Силосы, используемые для кондиционирования вспененных гранул, изготовляются в виде легкой металлической конструкции стеллажного типа с контейнерами из ткани, пропускающей воздух.
При перемещении вспененных гранул с помощью струи воздуха, на поверхности гранул накапливаются сильные электростатические заряды. Поэтому чрезвычайно важно тщательно заземлить все металлические элементы силосов, транспортных трубопроводов и остального оборудования.
2.3. Параметры кондиционирования гранул
Температура окружающей среды в цехе кондиционирования гранул не должна быть ниже 15°С, при более низкой температуре продолжительность кондиционирования увеличивается. В летний период, при температуре свыше 20°С время кондиционирования сокращают, а при более низких температурах – продлевают.
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.
3. ФОРМОВАНИЕ ПЕНОПОЛИСТИРОЛЬНЫХ БЛОКОВ
3.1. Характеристика процесса формования
При выработке блоков вспененные гранулы свободно засыпают в камеру формы до ее полного наполнения. Затем в форму подают насыщенный сухой водяной пар под давлением 0,2-0,4 МПа, что приводит к дальнейшему увеличению объема гранул. В связи с тем, что гранулы находятся в закрытой камере, сначала заполняется свободное пространство между ними, а затем гранулы сцепляются друг с другом.
Рис.3.1.1. Пример фазового цикла формования блоков без использования вакуума
1) наполнение 2) продувание 3) запаривание 4) охлаждение 5) расформовка
Рис.3.1.2. Пример фазового цикла формования блоков с использованием вакуума
1) наполнение 2) вакуум 3) продувание 4) запаривание – рост |
5) запаривание – выдержка 6) выпуск 7) вакуумное охлаждение 8) разгрузка |
Важным фактором при запаривании блока является подача в камеру в свободное пространство между гранулами соответствующего количества пара в кратчайшее время. Для этого необходима соответствующая вентиляция (продувание), целью которой является удаление воздуха перед началом процесса запаривания. Недостаточная продолжительность продувания приводит к неоднородной плотности и плохому спеканию блока.
Важно также поддерживать постоянную высокую температуру формы, в противном случае значительно растет расход пара (рис.3.1.3) и пар становится мокрым, что снижает качество сцепления гранул.
Рис.3.1.3. 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.3.1.4. 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.