Закономерности процесса вспенивания суспензионного полистирола

Процесс образования структуры пенопластов весьма сложен и еще недостаточно изучен. Известно, однако, что в основном на него оказывают влияние прочность полимерной пленки в стенках пор, температура нагрева и газовое давление внутри пор пенопласта. В связи с этим подбор оптимальной скорости нагрева, установление наиболее подходящей температуры вспенивания и выбор теплопередающей среды — серьезные задачи технологии пенопласта

Прн производстве полистирольного пенопласта и выбора оптимального технологического режима вспенивания необходимо знать, как располагается газовое давление в объеме полистирола в процессе нагрева и установить факторы, влияющие на его изменение.

Для получения указанных характеристик ВНИИНСМ предложен метод определения газового давления в суспензионном полистироле, основанный на фиксации изменения объема полистирола в процессе нагрева. При этом учитывается давление газов, затрачиваемое на поризацню (диффузия газов через стейки гранул пенопласта ввиду ботьшой скорости процесса в целом не принимается во внимание). Определения производились на консистометре Хопплера и имели целью установить величину такого противодавления на испытываемый материал, которое уравновешивало бы давление газов внутри его.




На рис. 1 приведены результаты испытания суспензионного полистирола при различных температурах нагрева и режимах нагружения. Они свидетельствуют о том, что давление, развиваемое в полистироле, зависит от температуры прогрева материала и его массы. С увеличением температуры давление в материале увеличивается. Возрастает и скорость газового давления (рис. 2).

На консистометре Хопплера определяли также зависимость изменения избыточного давления газов в полистироле от размера гранул (табл. 1).

С уменьшением размера гранул, как показывают данные табл. 1, уменьшается н избыточное давление. Отклонение от этой закономерности для гранул размером 3 мм и более объясняется, по- видимому, ошибкой опыта. Крупные гранулы не плотно заполняют объем стакана прибора, а с увеличением температуры газообразование интенсифицируется. Очевидно, происходят большие потери газообразного вещества, не участвующего в работе порообразования.

Приведенные данные относились к суспензионному полистиролу без предварительной тепловой обработки. Между тем для получения теплоизоляционных пепопластов используют только полистирол, прошедший первую стадию тепловой обработки. Эта операция необходима для снижения объемного веса полистирольного пенопласта, так как при свободном вспенивании достигается максимальное увеличение гранул.

Для определения давления предварительно вспененного суспензионного полистирола, передаваемого на стенки форм при его термической обработке, была изготовлена специальная металлическая форма (по принципу прибора ЦНИИСК). Дно и стенки ее неразъемны и выполнены из чугуна толщиной 12 мм, а крышка изготовлена из стали толщиной 3 мм и прижимается к форме шпильками. Крышка служит мембранним датчиком давления. Пенопласт прорепается внутри формы инъектором с диаметром 10 мм. На всю длину инъектор перфорирован. Для фиксации перемещении крышки на опорах установлен индикатор. Избыточное давление подсчитывали по величине прогиба крышки.

Результаты испытаний представлены в табл. 2. Образцы из полистирола, вспененного за 3 мин, характеризовались средним объемным весом 37,3 кг/м2, материала, вспененного за 5 мин,— 31,3 кг/м2 вне зависимости от высоты образца.

Увеличение массы суспензионного понютирола и температуры определяется растущей величиной давления. Зависимость носит постепенно затухающий характер.

При дальнейшем увеличении массы материала приращение величины избыточного давления, вероятно, будет изменяться согласно убывающей геометрической прогрессии.

Обработка экспериментальных данных показала, что общее приращение давления с увеличением веса невспененного и предварительно вспененного полистирола (3 и 5 мин) составляет соответственно 1,46; 0,91; 0,56; отсюда предельные значения избыточного давления равны:



При большом весе суспензионного полистирола зависимость изменения давления от веса материала, по-видимому, столь незначительна, что ею можно будет пренебречь.

Изменение средней величины давления при переменной температуре носит также характер убывающей геометрической прогрессии. Предельное приращение давления с изменением температуры для суспензионного полистирола равно 0,95; 0,46 и 0.3S кг/см2. Следовательно. можно считать, что с изменением температуры нагрева приращение давления составляет для невспененного полистирола 0,95 Т, для предварительно вспененного в течение 3 и 5 мин — 0,46 Т—115


Выполненная работа показала, что избыточное давление, развиваемое вспенивающим агентом в суспензионном полистироле, повышается в зависимости от увеличения температуры вспенивания по закону геометрической прогрессии.