Технология производства полистирольного пенопласта

Полистирольный пенопласт является эффективным теплоизоляционным материалом. По сравнению с другими утеплителями он обладает наилучшим сочетанием исключительно малого объемного веса, хороших тепло- и звукоизоляционных свойств, достаточной жесткости и весьма незначительного водопоглощения.

Объемный вес пенопласта 20—40 кг/м3. Это — в 25—30 раз ниже показателей наиболее эффективных ячеистых бетонов. Коэффициент теплопроводности пенопласта 0,027—0,03 ккал/м час град, т. е. при толщине в 1 см он обладает такой же теплоизоляционной способностью, как стена из кирпича в 20 см. Водопоглошение при длительном пребывании в воде не превышает 3—5%. Прочность при сжатии 0.5—1,5 кг/см2.

Пользуясь таким утеплителем, можно снизить вес 1 м2 стеновой панели до 8—10 кг.

Разработанный в Ленинградском научно-исследовательском институте полимеризационных пластиков исходный полуфабрикат, предназначенный для изготовления пенопластовых изделий беспрессовым методом, представляет собой суспензионный (бисерный) полистирол, в гранулы которого в процессе полимеризации введен типа изопентана. Находясь в полистироле в твердом растворе в количестве около 3°т хорошо удерживается в нем даже при температуре несколько выше точки кипения ( 28°) при стеклообразном состоянии полимера, не изменяя удельного веса (плотности) последнего.

При температуре -f-80° и выше полистирол переходит из стеклообразного в высокоэластичное состояние, значительно размягчаясь по мере повышения температуры.

Равномерно распределенный в массе полистирола изопентан переходит при нагреве свыше 28° в газообразное состояние, вспенивает размягченные (при +80° и выше) гранулы потистирола и увеличивает их объем в 10—12 раз.

При этом газообразный изопентан концентрируется в полистироле в замкнутых ячейках, имеющих вид округлых многогранников размером от 0.1 до 0.7 мм с тонкими перегородками между ячейками.

Скорость вспенивания и увеличение объема гранул зависят от температуры нагрева их. т. е. от соотношения между внутренним давлением газообразного изопентана и вязкостью размягченного полистирола.


Быстрое вспенивание полистирола начинается при 95—98°. Более энергично оно протекает при прогреве гранул пароводяной смесью, горячей водой (наиболее теплоемким теплоносителем) и значительно медленнее протекает при прогреве гранул горячим воздухом.

При вспенивании полистирола в закрытой форме его гранулы, увеличиваясь в объеме, заполняют полость формы, а затем уплотняясь сплавляются между собой, образуя пенополистирольное изделие.

Возможность получения изделий того или иного объемного веса из суспензионного полистирола с введенным в него изопентаном определяется следующим расчетом:

плотность полистирола = 1,05 г/см3

молекулярный вес изопентана (С5Н12) =72 грамм изопентана при 760 мм рт. ст. и температуре 30° занимает объем 310 см3, при температуре 100° — 390 см3, при 110° — 400 см3.

Получение изделий с объемным весом до 0,02 г/см3 из предварительно вспененных гранул полистирола с содержанием изопентана 3% объясняется следующим.

Предварительно вспененные гранулы полистирола прн охлаждении до 80° быстро отвердевают и наружная часть их становится жесткой, неспособной при дальнейшем охлаждении свой объем в соответствии со снижением бъема изопентана, особенно при переход, его жидкое состояние (при +28°), когда в ячейках образованных газообразным изопентаном. создается заметное разрежение (вакуум). В связи с этим через тон

кие стенки ячеек в них постепенным влиянием разности давлений проникает которое количество воздуха. Проникший в ячейки вспененного полистирола воздух наполняет их газообразным продуктом, способным при повторном нагреве предварительно вспененных гранул и быстром размягчении полистирола произвести дальнейшее увеличение объема (окончательное вспенивание).

Этим и определяется необходимость предварительного вспенивания при изготовлении изделий с объемным весом 0,02—0,06 г/см. Предварительно вспененные гранулы следует просушивать (или проветривать). Это необходимо для точной дозировки гранул с целью получения изделий заданного объемного веса, а также ввиду практически установленной целесообразности вспенивания гранул до требуемого насыпного веса.

Принципиальная технологическая схема производства полистирольного пенопласта показана на рис. 2.

Доставляемый в цех электрокарами полистирол высыпается из мешков в приемный бункер 4 вентилятора высокого давления 2 и воздухом подается в циклон 6.


Полистнрольнын пенопласт малого объемного веса представляет особый интерес для холодильной техники как теплостойкий изоляционный материал, который не разрушается от гниения и надежен против действия сырости.

На комбинате разработана и практически осуществлена принципиально новая технологическая схема производства полистирольного пенопласта.

Работы велись в содружестве с Ленинградским научно-исследовательским институтом полимеризационных пластиков, Кусковским химическим заводом и специалистами системы Главмоспромстройматериалов.



Заполненная пенополнетиролом форма до роль гангу, установленному под дозирующим устройством, отодвигается, а на ее место, под засыпку пустая форма. Форму с пенополтиролом тельфером устанавливают на запарочную вагонетку; на узкоколейном пути формируется состав m 15 вагонеток, которые лебедкой направляются в автоклав.

Выдержка изделий в автоклаве под давлением 0,8—1,2 атм длится 50— 60 мин. В условиях влажной среды при температуре 103—105° ленополистирол окончательно вспучивается, приобретает форму изделия.

После тепловой обработки изделия должны остывать непосредственно в формах. Откзание до 50—40° производится медленно.

Остывшие изделия распалубливаются и тельфером транспортируются в сушилку. Сушка производится при 30—35° с постоянной циркуляцией воз духа Продолжительность сушки зависит от размера изделий. Влажность их по выходе из автоклава составляет 40%, а после сушки не должна превышать 10%.

Формы после распалубки смазываются и тельфером подаются на рольганг под загрузочное устройство.

Как видно из технологической схемы, для транспортировки сырья применяется пневмотранспорт Пневмоустановка (рис. 3) состоит из вентилятора высокого давления, приемного бункера, воздуховода диаметром 150 мм и длиной 52 м, циклона.

В приемный бункер загружается сырье, которое увлекается затем воздушным потоком, создаваемым вентилятором Количество подаваемого сырья регулируется шибером приемного бункера. Вентилятор высокого давления имеет следующую характеристику: производительность 8 000 м3/час; давление, развиваемое вентилятором, 425 кг/м2; число оборотов электродвигателя 1440 в мин.; мощность его 10 кет; скорость движения воздуха 68 м/сек

Двигаясь по воздуховоду сырье поднимается па высоту 14 м и поступает в циклон Гам частицы сто оседают, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. Для лучшей очистки воздуха от сырья г, циклоне предусмотрена поворотная сетка. Характеристика циклона- производительность 7 500м3/час диаметр 1 226 мм, высота 4 150 мм размеры входного патрубка 450x250 мм Применение пневмотранспорта обеспечивает полную механизацию подачи сырья без потерь к установкам по вспучиванию пенополистирола. На случай поступления сырья повышенной влажности предусматривается установка калориферов

Для предварительного вспучивания пенополистирола группой инженерно-технических работников комбината спроектирована и изготовлена принципиально новая, непрерывно действующая установка (рис. 4), состоящая из следующих узлов: приемного бункера пенополистирола, шнекового дозатора, трубчатого шнека, паровой рубашки, набора шестерен, редуктора и электродвигателя

Принцип работы установки заключается в еле дующем. В приемный бункер засыпается исходное сырье—полистирол, из бункера оно просыпается в шнековый дозатор, которым беспрерывно подается в трубчатый шнек. Шнек представляет собой трубу диаметром 200 мм, внутри которой вращается лопастный винт, с его помощью полистирол с определенной скоростью продвигается от загрузочного отверстия до выхода (рис. 5).

Наличие двигателя постоянного тока позволяет изменять в широком диапазоне число оборотов лопастного винта, тем самым изменяя скорость прохождения сырья через установку в зависимости от качества сырья.

Весь механизм смонтирован на легкой сварной раме. Установка проста в изготовлении и обслуживании.

Для повторного вспучивания с целью получения изделий из пенополистирола нами используются автоклавы 2x17 м. Это позволяет изготовлять плиты-панели больших габаритов и другие изделия различных конфигураций.

Процесс тепловой обработки пенополистирола при вторичном вспучивании в автоклаве показан на графике (рис. б). Весь процесс от загрузки форм до подачи под следующую загрузку продолжается 2 часа.

Одним из существенных недостатков полистирольного пенопласта является его горючесть. На комбинате проводятся сейчас опыты повышению огнестойкости этого материала. Изделия из пенопласта пропитываются растворами диаммония фосфата и сульфата аммония.

Результаты опытов показали:

1) возможность значительного повышения огнестойкости полистирольного пенопласта. Так, например, кубик пенопласта размером 100Х100Х10О мм, пропитанный указанными растворами, не загорается от непосредственного соприкосновения пламени спички или свечи;

2) после поверхностной пропитки полистирольного пенопласта указанными растворами он не гигроскопичен и не оказывает корродирующего действия на черные металлы и другие материалы, с которыми соприкасается.

Доступность, дешевизна и незначительный расход пропиточных материалов позволяют получать полистирольный пенопласт повышенной огнестойкости.

Недавно на комбинате введена в действие технологическая линия мощностью 30 тыс. м3 пенопласта. Если до сих пор производство пенопласта было организовано в сравнительно небольшом масштабе, по довольно сложной технологической схеме, требующей применения мощного прессового оборудования, что ограничивало габариты получаемых пенопотистирольных плит, то теперь на нашем комбинате практически можно изготовлять плиты и блоки любых размеров и конфигураций, причем беспрессовым методом.