Пенопласт

По прошествии небольшого времени предварительно вспененные частицы извлекаются из контейнера. Современное устройство для предварительного вспенивания складывается из следующего:

• компьютерное управление с видеотерминалом и функциональным дисплеем;
• станция загрузки с устройством транспортировки сырья;
• аппарат для предварительного вспенивания;
• сушка-конвейер сортирующего типа и измельчитель;
• приборы по автоматическому контролю;
• станция загрузки для транспортировки предварительно вспененного стиропора с помощью пневматики;
• учет данных с выходом на общую систему учета данных на предприятии.

На поверхности извлеченного материала сохраняется некоторое количество воды, которая должна быть удалена перед отправлением материала в бункер промежуточного хранения.

При прерывающемся процессе предварительного вспенивания использование  конвейеров перед транспортировкой служит своего рода буфером и выравнивает  поток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Технологическая часть

2.1 Характеристики  исходного сырья и готовой  продукции

 

[−CH−CH − ] n   –  пенополистирол

            |

          C H

Пенополистирол представляет собой теплоизоляционный поропаст, получаемый вспучиванием полистирола при нагревании под действием газообразователя. Формирование такого материала присходит под действием повышенной температуры за счёт спекания гранул друг с другом.

Для производства пенополистирольных блоков используется пепополистирол. Пенополистирол может быть получен разными методами. Прессовый метод, состоит из трех основных операций: смешение полистирола с газообразователями, прессование композиции и вспенивание заготовки. Вспученный полистирол имеет вид гранул размером 5-15мм. Иногда гранулы полистирола используют в теплоизоляционных засыпках и в качестве легкого заполнителя в производстве теплоизоляционных штучных материалов с применением различных связующих. Большей же частью зернистый пенополистирол перерабатывается в изделия без применения каких-либо вяжущих.

Полистирол получают суспензионной полимеризацией стирола  в присутствии газообразователя – легколетучего углеводорода (изонентана).

Выпускают в виде бисера с последующим рассеиванием по фракциям.

Для получения пенополистирола  используют суспензионный бисерный полистирол. Он применяется для получения изделий по беспрессовой технологии и должен содержать газообразоватсль. Для этого его полимеризуют в присутствии порообразующего компонента или полимер насыщают им после окончания полимеризации.

 

Для изготовления пенополистирола  вначале получают так называемый бисерный полистирол, представляющий собой полуфабрикат, необходимый  для изготовления этого материала. Для его получения в автоклав, снабжённый мешалкой, заливают дистиллированную воду и раствор стабилизатора (сольвар). Мешалку включают на 10-15 минут. Затем вливают нагретый жидкий стирол. После перемешивания смесь охлаждают и вводят газообразователь - изопентан. При перемешивании образуется эмульсия стирола в воде. Её обрабатывают паром под давлением 0,5 Мпа в течение 16-18 часов. В результате полимеризации из капель стирола образуются гранулы полистирола размером 0,5-1 мм с растворённым в них газообразователем, то есть бисерный полистирол. Его обезвоживают на центрифуге и сушат при 20°С до влажности не более 2 %. [12]

Гранулы вспученного  пенополистирола имеют насыпную плотность в пределах 10-30 кг/куб.м, средняя плотность изделий составляет 25-40 кг/куб.м, R(изг)= 0,1 - 1,5 МПа, теплопроводность – 0,03-0,05 Вт/мК

Пенополистирол обладает весьма низкой теплопроводностью, что  частично обусловлено воздухом, захваченным  в многочисленных плотных порах. По мере возрастания плотности пенополистирола, излучение в процессе теплопередачи уменьшается, тогда, как вклад проводимости через полимерную матрицу увеличивается.

Нижняя температурная  граница применения пенопластов из пенополистирола в строительстве практически отсутствует. При работе в условиях более высоких температур значение максимально допустимой температуры зависит от длительности температурного воздействия и механической нагрузки на пенопласт.

В случае кратковременного воздействия (склеивание с помощью  горячего битума) пенопласт способен выдерживать и более высокие  температуры. [13]

 

 

Основные характеристики

Пенополистирол отличается малой гигроскопичностью (0,05‑0,2 %), водопоглощение его не более 2-3 % по объёму. Он может применяться в конструкциях, работающих при отрицательных температурах – до 65 °С. Повышенные температуры выдерживает плохо. Максимальная температура его применения +60 °С. Для повышения теплостойкости поверхность пенополистирольных изделий обрабатывают антипиренами. Такой пенополистирол называют самозатухающим. Он является негорючим материалом, т.к. при удалении источника пламени его горение прекращается.

Материал на 98% состоит из воздуха – лучшего природного теплоизолятора. Проводимые испытания на теплопроводность в соответствии с требованием ГОСТ 15588-86 подтверждают, что в не зависимости от марки используемого сырья и предприятия-изготовителя полистирольиый пенопласт обладает теплопроводностью в пределах 0,037-0,043 Вт/(м*К).

В течение непродолжительных  промежутков времени ПСБ-С выдерживает  температуру 110°С, позволяя, например, кратковременный контакт с горячим битумом. В случаях постоянного воздействия повышенных температур рекомендуется не превышать 90°С во избежание деформаций и усадки. Нижний предел температуры для пенополистирола составляет: ~180°С.

Отдельные ячейки пенопласта имеют форму полиэдров (многогранников). Эти ячейки полностью замкнуты. Пенопласт, таким образом, состоит приблизительно на 98% из воздyxa и 2% из полистирола. Решающим фактором, определяющим теплоизоляционные свойства, является замкнутый     в     ячейках     воздух,     который     обладает     высокими теплоизолирующими показателями. По сравнению с другими пенопластами, содержащими иные газы, воздух не покидает ячеек этих пенопластов и их теплоизолирующие свойства сохраняются на постоянном уровне.

Теплоизоляционная способность материала определяется своей теплопроводностью. Теплопроводность – это количество тепла, которое при постоянном перепаде температуру в 1К за одну секунду проходит через слой материала толщиной в 1м от более теплой стороны к более холодной. Измерение теплопроводности при прочих постоянных условиях зависит от объемной плотности (кг/м ) пенопласта. [14]

У пенопластов с низкой объемной плотностью теплопроводность выше. Она понижается с ростом объемной плотности, проходит свой минимум в диапазоне от 30 кг/м до 50 кг/м , а затем начинает постепенно возрастать. Замеренные по ПШ 52612 значения теплопроводности для пенопласта с объемной плотностью 20 кг/м составляют от 0,033 до 0,036 Вт(м*К).

В отличие от многих других материалов пенопласты из Стиропора не гигроскопичны. Даже находясь под водой, они поглощают очень незначительное количество влаги. Поскольку стенки ячеек непроницаемы для воды, она может просачиваться только по каналам между отдельными, связанными друг с другом ячейками. Это означает, что поглощаемое количество воды зависит как от свойств пенопласта при переработке, так и от условий переработки, в частности, от процесса вспенивания.

Поглощение воды практически  не зависит от объемной плотности. Оно достигает через 28 дней приблизительно до 3% (в пересчете на объем).

Водопоглощсние при выдерживании под водой играет лишь незначительную роль для большинства случаев применения материала и представляет интерес только в особых ситуациях. К таким ситуациям относится использование материала в подземных и фундаментных сооружениях и т.п.

В отличие от воды, водяной пар, содержащийся в воздухе, может при определенном перепаде температур постепенно проникать (диффундировать) в пенопласт и выпадать (конденсироваться) в виде воды при охлаждении. По отношению к такой диффузии водяного пара различные материалы проявляют большую или меньшую устойчивость. Жесткие пенопласты могут иметь, в зависимости от объемной плотности, различные значения коэффициента сопротивления диффузии водяного пара, лежащие в интервале от µ= 20 до 100.

Все материалы подвержены определенным изменениям 'размеров, независимо от того, идет ли речь о сырьевых материалах, полуфабрикатах или отформованных изделиях. В случае пенопластов различают варианты изменения размеров как в связи с воздействием тепла, так и из-за дополнительной усадки.

Коэффициент термического расширения пенопластов лежит в интервале от 5*10 до 7*10, что соответствует интервалу изменения от 0,05мм до 0,07мм на 1мм и 1°С. Это означает, что при изменении температуры на 1-7°С имеет место необратимое изменение длины, равное 0,1%, т.е., 1 мм/м.

Необходимо также учитывать и уменьшение размеров (сжатие) пенопластов из Стиропора при низких температурах. Если принять за опорную температуру 20°С и если в режиме использования материал охлаждается до –20°С, то в таком случае элемент длиной в 40см укорачивается приблизительно на 1мм.

Дополнительной усадкой  называют уменьшение размеров пенопласта после того, как завершилось усадка, имеющая место более 24 часов назад, наступающая после изготовления, которая частично связана с охлаждением материала.

Уменьшение размеров  протекает  сначала относительно  быстро,  затем замедляется и приближается к граничному значению, при котором дополнительная усадка уже не вызывает необходимости в каких-либо специальных конструктивных мерах.

В зависимости от условий  переработки и объемной плотности  пенопласта дополнительная усадка плит лежит в интервале от 0,3% до 0,5%.

 

Конечное значение достигается приблизительно через 150 дней и лежит в пределах 1,5мм до 2мм (от 15% до 0,2%). Такое изменение допустимо во всех случаях строительного применения. [10]

 

Технологические параметры производства [13]

Таблица 1

№ п/п	Наименование параметров	Единица измерения	Норма
1.	Режим предварительного вспенивания: - температура в зоне  вспенивания; - температура поверхности  днища; - давление пара на  магистрали.	°С   °С   кгс/см	90-100   73-90   0,8-1.0
2.	Плотность предвспененных гранул	кг/см	15.1-23.0
3.	Продолжительность вылеживания	ч	14-48
4.	Давление пара в аккумуляторе	кгс/см	2.0
5.	Режимы спекания и  охлаждения: - продолжительность загрузки  и прогрев боковых рубашек  формы; - давление пара в боковых рубашках формы во время спекания материала; - продолжительность охлаждения  блок-формы; - выгрузка блока.	сек     кгс/см     мин (с) мин (с)	1-3     0.4-0.6     0.5 (30) 1 (60)
6.	Вылежка блоков при температуре воздуха в цехе	ч	12-24
7.	Объем блока	м	5.05
8.	Плотность	кг/м	15.1-25
9.	Загрузка блок-формы  предварительно вспененными гранулами	кг	76.5-125
10.	Температура вылеживания	°С	16-25

 

Характеристика готовой продукции

Таблица 2

Показатели	Норма плит марки 25
Плотность, кг/м3	от 15,1 до 25,0
Прочность на сжатие при 10 % линейной деформации, МПа, не менее	0,1
Предел прочности при  изгибе, МПа, не менее	0,18
Теплопроводность в  сухом состоянии при (25±5)ºС, Вт/(м·К), не более	0,039
Время самостоятельного горения плит типа ПСБ-С, с, не более	4
Влажность плит, отгружаемых  потребителю, %, не более	12
Водопоглощение за 24 ч, % по объему, не более	3.0

Размеры плит из пенополистирола регламентируются ГОСТ 15588-86 с учетом требований раскроя плит.

Для производства теплоизоляционных плит из полистирольного пенопласта в качестве основного сырья используют суспензионный вспенивающийся (бисерный) полистирол марок ПСВ-А, ПСВ-С и ПСВ, выпускаемый отечественной промышленностью согласно ТУ 6-05-1905-81 и ОСТ 6-05-202-83.

 

Требования к суспензионному вспенивающемуся полистиролу [13]

 

Таблица 3

Показатели	ПСВ-75С ПСВ ОСТ
Содержание влаги, %, не более	1.0
Массовая доля остаточного  мономера стирола, %, не более	0.25
Массовая доля парообразователя, %, не менее	5.0
Относительная вязкость, с, не менее	1.8
Гранулометрический состав:	1.6±0.25
Средний диаметр частиц, мм
Кажущаяся плотность  полистирола, кг/м	1060

 

2. Схема материальных потоков производства

Технологическая схема производства теплоизоляционных  плит из полистирольного пенопласта

 

Склад сырья

 

Предвспенивание бисера в экспандере