Высокочастотный способ получения пенополистирола

В производстве поропласта для окончательного вспенивания и спекания его используются различные виды тепловой обработки: горячая вода, газ, перегретый пар и др. Недостаток их — в неравномерности прогрева материала по массе, что зависит от его теплопроводности, которая для пористых пластмасс невелика. Кроме того, необходима досушка материала после спекания.

Во ВНИИНСМе разработали новый метод получения изделий из полистирольного поропласта с -использованием диэлектрического нагрева. Преимущество данного способа — нагрев материала независимо от его теплопроводности. Скорость нагрева является функцией величины поглощаемой мощности, которая характеризуется диэлектрическими параметрами материала:


Как видно нз формулы, мощность, выделяемая в единице объема материала, зависит от фактора диэлектрических потерь композиции. Она состоит из полистирола, воздушных включений, воды н возможных добавок. Наибольшим фактором потерь обладает во да, которая поглощает основное количество энергии в процессе диэлектрического нагрева. Скорость спекания можно увеличить, если в состав вводить добавки, обладающие высоким фактором диэлектрических потерь (растворы солей или поливинилхлоридную CMOTV). Они увеличивают фактор потерь в целом. Создается возможность в значительной степени сократить время окончательного вспенивания и спекания полистирола. Используя диэлектрический нагрев, можно выпускать изделия из полистирольиого поропласта, покрытые пленками, защищающими материал от воздействия вредных сред, полимерные строительные конструкции.

Изучались различные сорта бисерного полистирола с Кусковского и Ленинградского заводов. Предварите тьное вспенивание проводилось в горячей воде при температуре 95—98 С. Показатель вспенивания опредетяли увеличением объема материала по отношению к первоначальному объему. Для различных партий полистирола (при 3—5-минутном предварительном вспенивании) этот коэффициент находится в пределax 3—40.

Оптимальное время высокочастотного спекания предварительно вспененного материала зависит от его исходной влажности. Если она недостаточна, наблюдается неравномерный (по объему) нагрев массы и последующее снижение физико-механических показателей готового продукта. Если влажность превышает оптимальную, происходит значительное поглощение мощности на на грев и испарение избыточной влаги. Поэтому материал после предварительного вспенивания выдерживали в нормальных условиях. Установлено, что с увеличением времени предварительного вспенивания начальная и конечная влажность (ю) полистирола всех партий увеличивается (время выдержки не изменяется). Целесообразное время предварительного вспенивания для большинства партий 5 мин., а выдержки в нормальных условиях — 24 ч. Однако для полистирола Кусковского завода при предварительном вспенивании в течение 5 мин оно составляет 24 ч, а при предварительном вспенивании в течение 2—3 мин — до 4 ч.


Эксперименты позволили создать опытную установку для высокочастотного вспенивания и спекания полистирольного поропласта на базе высокочастотного генератора ЛГД-32М. В качестве прессформ применяли стеклопластиковые вкладыши на основе эпоксидной смолы. Высокопотенциальный электрод изолировался от обрабатываемого материала пленкой из фторопласта-4. Противодавление создавалось с помощью домкрата, снабженного манометром. Обрабатывались изделия размером 1000X1000 мм и толщиной 100 мм (иногда 50 мм).

Основные параметры работы генератора следующие: анодное напряжение 12 ке; контурное 8—9 ко; анодный ток 1,6—3,0 с; сеточный — 0,80—0,85 й; время спекания 60—180 сек.

Исследования показали, что диэлектрический нагрев значительно сокращает время спекания по сравнению с традиционными способами, отказаться от досушки материала и получать изделия с более высокими физико-механическими показателями. Для эффективного использования данного способа необходима установка, в которой длительность выдержки после спекания не снижала бы производительности линии в целом. Для этой цели пригодна установка карусельного типа или непрерывного получения бруска. В нервом случае следует учитывать непрерывную цикличность повторения операций в зависимости от времени спекания одного изделия и необходимое для этого количество форм в линии. Если установить более мощный генератор, например ЛД-2/60 (выходная мощность 60 кет), можно одновременно нагревать несколько форм с соответствующим повторением цикличности.

Второй вариант технологически более удобен, так как не требует перемещения узлов формовки. Зона спекания более просто поддается экранированию от радио- и санитарных помех, несложно устройство камеры принудительного охлаждения, что позволяет увеличить производительность линии. Возможен выпуск непрерывного бруска либо блоков заданного размера.

Расчет технико-экономической эффективности показал, что диэлектрический нагрев в производстве полистирольного поропласта по сравнению с традиционными способами дает экономию 100 тыс. руб. в год.