Полиетнрольный пенопласт — эффективный теплоизоляционный материал —
Полистирольный пенопласт, обладая объемным весом от 15 до 50 кг/кг, малым коэффициентом теплопроводности (0,027—0,03 ккал/м-ч-град), водостойкостью и сравнительно высокой прочностью, относится к наиболее эффективным изоляционным материалам. Низкий объемный вес пенопласта обусловливает и низкий расход его на единицу изделия, что при прочих преимуществах делает этот материал конкурентоспособным по стоимости с традиционными материалами.
Применение пенопласта как утеплителя в многослойных конструкциях в сочетанин с бетоном, асбестоцементом, алюминием и другими материалами открывает возможность не только сократить вес строительных конструкций, но и улучшить их эксплуатационные качества.
Отечественная промышленность располагает достаточной сырьевой базой для расширения производства полистирольного пенопласта. В настоящее время его выпускают Мытищинский комбинат «Стройпластмасс», заводы в Гаргждае (г. Клайпеда), Кильднио (Мурманская обл.) и Минске. Намечается за пять лет ввести в строй еще ряд заводов. Выпуск полистирольного пенопласта в 1970 г. увеличится против 1965 г. в 5,9 раза.
Производство пенопласта организовано по единой принципиальной схеме, предусматривающей двухстадийную тепловую обработку бисерного полистирола. Применяется лишь разное оборудование для второй операции — спекания гранул в плиты.
В цехе полистирольного пенопласта Кильдинского завода блоки размером 100×100 X 30 см формуются на карусельной машине, разработанной институтом Гипрострончматериалы. и распиливаются на плиты требуемой толщины. Продукция имеет небольшой объемный вес и удовлетворительное качество. Однако у готового блока наблюдается некоторая структурная неоднородность, о чем свидетельствует различие в объемных весах пенопласта, взятого из разных слоев по толщине слоев блока.
Полистирольный пенопласт, изготовляемый на машине непрерывного действия Минским комбинатом крупноблочных конструкций, представляет ленту шириной 1,2 .к и толщиной 10 мм. В отличие от пенопласта, вырабатываемого в формах, он имеет больший объемный вес и без фактурной пленки на лицевой поверхности. У минского пенопласта также наблюдается структурная неоднородность по толщине плиты. Это связано со спецификой производства — пар подается на машину только с одной стороны ленты.
На Гаргждайском комбинате силикатных изделий пенопласт изготовляется по той же технологической схеме, что и иа Мытищинском комбинате: форма размером 90 X 65X10 см прогревается в автоклаве. Плита правильной формы, пленка — по всему ее периметру. Структура пенопласта по толщине однородная.
Исследованиями, проведенными во ВНИИНСМе, установлено, что один из важных показатели качества пенопласта— гранулометрический состав применяемого для его производства суспензионного полистирола. При изучении микроструктуры гранул различного размера выявлена зависимость пористости материала от крупности гранул. С уменьшением размера гранул общая пористость материала, а также содержание закрытых пор в нем снижаются (табл. 1). Пенопласт из пылевидной фракции (менее 0,5) обладает большой межзерновой пористостью из-за плохого сцепления отдельных гранул. Наиболее прочное сцепление (склеивание) гранул наблюдается у пенопластов, изготовленных из крупных фракций (от 1 до 3 мм). Такой пенопласт отличается меньшей межзерновой пористостью и лучшими показателями по водопоглощению.
Пенопласт, изготовленный из сырья мелкой фракции, хотя и имеет высокий объемный вес, характеризуется пониженной общей пористостью и большим водопоглощеннем, что свидетельствует о плохой спекаемости гранул.
Для установления причин, влияющих на вспенивание и спекание гранул различного размера, рассмотрен процесс изготовления пенопласта с помощью геометрической модели, в которой каждого размера гранул принята строго сферическая форма. Укладка гранул определенного размера в заданный объем формы свободная, без дополнительного уплотнения. Межзерновая пористость, определяемая отношением суммарного объема пустот к суммарному объему всех гранул, для гранул различного размера остается постоянной, в частности для принятой модели, где объем формы состапляест 216 мм. межзерновая пористость равна 52,3%. Можнс было бы считать, что в идеальном случае (при полном отсутствии газовой диффузии) воздействие, производимое газовым давлением на увеличение объема гранул различного размера и плотного их склеивания в пенопласт, должно быть одинаковым. Однако это положение на практике не получило подтверждения, так как в гранулах меньшего размера происходит большая потеря газообразного вспенивающего агента из-за газопроницаемости пленки полимера.
Данную зависимость можно применить для гранул суспензионного полистирола различной крупности, для которых показатель газовой проницаемости будет определяться величиной поверхности гранулы и градиентом концентрации газа в полимере. В гранулах суспензионного полистирола градиент концентрации газа, в случае равномерного распределения его по всему объему. будет определяться отношением величины поверхности гранулы к ее объему, приведенная величина которого обратно пропорциональна радиусу гранулы. Следовательно, газопроницаемость с увеличением размера гранулы уменьшается, что приводит к повышению избыточного давления и лучшему спеканию отдельных гранул. Это обоснование хорошо согласуется с полученными экспериментальными данными (табл. 2).
Как видно из таблицы, с изменением размера гранул изменяется н показатель избыточного давления. Отклонения от этой зависимости для крупных гранул размером 3 мм и более объясняется происшедшей во время опыта ошибкой, вызванной тем. что крупные гранулы неплотно заполняли объем стакана прибора. Очевидно, при этом происходят большие потери газообразного вещества, не участвующего в порообразовании.
Лучшими свойствами обладают пенопласты, изготовленные из крупных гранул суспензионного полистирола размером до 1 мм. Качестве пенопласта снижается при изготовлении его из гранул размером менее 0.5 м ч Увеличение содержания мелкой фракции повышает объемный вес пенопласта и его водопоглощение, что свидетельствует о плохом спекании отдельных гранул. При добавлении к суспензионному полистиролу с размером гранул в 1 до 40% гранул размером менее 1 мм свойства пенопласта почти не снижается. Дальнейшее увеличение количества мелкой фракции приводит к значительному повышению водопоглощения пенопласта. Наиболее оптимальным содержанием гранул в суспензионном полистироле является соотношение фракций размером более 0,5 мм к менее 5 мм как 60 : 40%.