Технологии производства пенополистирольных плит

   Пенополистирол - белое однородное вещество, имеющее  структуру из склеенных между  собой шариков, упругое на ощупь, не имеет запаха. Пенополистирол - экологически чистый, нетоксичный, тепло- и звукоизоляционный материал, применяемый в строительстве на протяжении уже более 40 лет и зарекомендовавший себя как наиболее экономичный, удобный в применении и обладающий низкой степенью теплопроводности и паропроницаемости.

   Пенополистирол  является нейтральным материалом, не выделяющим никаких вредных для  человека и его окружения веществ, не подвержен разложению под воздействием микроорганизмов и не имеет ограниченного срока годности.  
Пенополистирол относится к той группе пластмасс, которые при горении выделяют точно такие же газы, как и при сжигании древесины или пробки. Современные пенопласты производят в огнестойком (самозатухающем) исполнении. Влага не влияет на теплоизолирующие свойства этого материала и не вызывает образование в нем бактерий и плесени, что позволяет широко использовать пенополистирол также и в пищевой промышленности.

   Пенополистирол  отлично переносит присутствие  асфальтовых эмульсий, рубероида  с асфальтовым покрытием, искусственных  удобрений, каустической соды, аммония, жидких удобрений, вспененных красок, мыла и смягчающих растворов, цемента, гипса, извести, растворов соли, воды и всякого рода грунтовых вод. Температура окружающей среды не оказывает отрицательного влияния на физические и химические свойства пенополистирола. Однако при длительном ультрафиолетовом воздействии возрастает хрупкость и подверженность эрозии от ветра, дождя и других факторов. Поэтому при хранении необходимо укрывать плиты от воздействия прямых солнечных лучей.

   Химические  особенности: используя пенополистирол как строительный материал, необходимо не допускать его контакта со следующими химическими соединениями: органическими растворителями (ацетон, уксусно-этиловый эфир, растворитель красок, скипидар); насыщенными углеводородами (спирт) и нефтепродуктами (бензин, керосин, смолы и др), так как ячеистая структура пенополистирола при контакте с вышеназванными соединениями может повредиться либо полностью раствориться.

   Предприятие «РОНТА-секьюрити» имеет государственный  стандарт РБ (см. приложение), который распространяется на плиты пенополистирольные теплоизоляционные, изготавливаемые беспрессовым способом из суспензионного вспенивающегося полистирола.

   Плиты предназначены для тепловой изоляции наружных ограждающих конструкций  вновь строящихся и эксплуатируемых  зданий и сооружений, тепловой защиты отдельных элементов строительных конструкций (пола, подвалов, крыш и др.), промышленного оборудования при отсутствии контакта плит с внутренними помещениями, а также в холодильных камерах. Температура применения плит от минус 100 до 80⁰С.

   В зависимости  от предельной плотности и назначения плиты подразделяются на марки 10, 15, 15Н, 20, 20Н, 25, 25Н, 35, 35Н (рис. 1.1): 

   Рис. 1.1 Классификация пенополистирольных плит по маркам 

   Цифрой  индекс марки обозначает плотность  пенополистирольных плит (кг/м³). Коэффициент Н обозначает, что плиты этой марки предназначены для наружной тепловой изоляции стен, коэффициент А – для внутренней изоляции (рис. 1.2):

   Рис. 1.2 Классификация пенополистирольных плит по плотности 

   Помимо  марок существует ряд других характеристик  изготавливаемой продукции.

   Пенополистирольные  плиты имеют следующие размеры ,мм:

   - по  длине                       - от 500 до 4000 с интервалом через  50;

   - по  ширине                  - от 500 до 2000 с интервалом через 50;

   - по  толщине                - от 10 до 500 с интервалом через 10.

   В зависимости от конфигурации плиты  изготавливаются двух видов: А и  Б (см. приложение). По согласованию с  потребителем допускается изготовление плит другой формы и размеров.

   Плиты изготавливаются в соответствии с требованиями стандарта по технологической  документации, утвержденной в установленном  порядке.

   Плиты, предназначенные для наружной тепловой изоляции стен, изготавливаются из блоков пенополистирола, выдержанных  в условиях хранения не менее 30 суток.

   Номинальные размеры плит и предельные отклонения от них плит, предназначенных для внутренней изоляции должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.1. 

   Таблица 1.1 Предельные отклонения от номинальных размеров плит для внутренней изоляции

   Номинальные размеры и предельные отклонения от них плит, предназначенных для  наружной изоляции, должны соответствовать  требованиям, указанным в таблице 1.2.

   Таблица 1.2 Предельные отклонения от номинальных размеров плит для наружной изоляции

   Плиты должны иметь форму прямоугольного параллелепипеда. Отклонение от плоскостности грани плиты не должно быть более 3 мм на 1000 мм длины грани.

   Разность  длин диагоналей лицевой поверхности  плиты не должна превышать, мм:

   - для плит длиной до 1000 включительно                      - 4;

   - для плит длиной свыше 1000 до 2000 включительно - 6;

   - для плит длиной свыше 2000                                        - 10.

   На  поверхности плит не допускаются  выпуклости или впадины длиной более 50 мм, шириной более 3 мм и высотой  (глубиной) более 3 мм. В плитах допускаются притупленности углов и ребер глубиной не более 10мм от вершины прямого угла и скосы по сторонам притупленных углов длиной не более 80 мм.

   Показатели  физико-механических свойств пенополистирольных теплоизоляционных плит должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.3.

   Таблица 1.3 Технические характеристики

   Все более широкое распространение  пенополистирола обусловлено его многочисленными достоинствами, среди которых самыми главными являются:

• прекрасные изоляционные свойства при низких температурах и высокой влажности;
• малая плотность (что в практике означает небольшой вес);
• очень малая влагоемкость;
• безвредность для здоровья, что подтверждено фактом допуска пенополистирола к соприкосновению с пищевыми продуктами;
• стойкость к старению;
• устойчивость к плесеням, грибам и бактериям;
• удобство обработки (пенополистирол не пылит, не вызывает аллергических реакций, не требует применения защитного снаряжения);
• экологичность (незначительный расход первичной энергии при производстве пенополистирола, значительное уменьшение объема вредных веществ, пускаемых в атмосферу из зданий, утепленных пенополистиролом, разнообразные возможности утилизации);
• чрезвычайно выгодное соотношение между его ценой и полезностью.

   Много миллионов лет тому назад из умерших  растений образовалась нефть. В настоящее  время 4% добываемой в мире нефти  идет на производство пластических масс, к которым относится также пенополистирол. Полистирол был создан в 30-ые годы, но лишь в 1951 году из него удалось получить легкий и прочный вспененный материал - пенополистирол.

   Производство  пенополистирола, используемого в  столь многих областях, осуществляется довольно простыми методами. Сырьем для его выработки является вспениваемый полистирол в виде шариков. Каждый шарик содержит порообразовательное вещество. При нагревании шариков до температуры около 100°С они размягчаются и в результате образования газа - пентана (низкокипящий углеводород, встречающийся в природе и не оказывающий вредного влияния на слой озона в атмосфере) - набухают и в несколько раз увеличивают свой диаметр. Предварительно вспененные шарики подаются в специальную форму, где образуется блок увеличенного объема.

   Пенополистирол  уже в течение многих лет успешно  используется в качестве термической  изоляции  и для изготовления тары. Он является наиболее часто применяемым пеноматериалом.

   Фракционная перегонка - пары разогретой нефти конденсируются в разных местах дистилляционной колонки. Вследствие различной температуры кипения в дистилляционной колонке нефть разделяется на такие продукты как бензин, нафтены, керосин, легкие масла, тяжелые масла и т.п.

   Химическое  облагораживание - путем химического облагораживания из нефтяной фракции образуется сырье для производства пенополистирола - стирол, а из него - вспениваемый полистирол.

   Полимеризация - стирол смешивается с пентаном и водой. В результате образуются шарики вспениваемого полистирола, которые промываются и сортируются с помощью сит, а затем в плотно закрытых контейнерах отправляются на перерабатывающие предприятия.

   Производимое  химической промышленностью сырье - вспениваемый полистирол - попадает на специальные предприятия, вырабатывающие пенополистирол. В результате последующих технологических процессов из него получают такие продукты как тепло- и звукоизоляционные плиты, утеплительные покрытия для трубопроводов, стержни, используемые при изготовлении бетонных элементов, тара, потолочные кессоны, внутренние вкладки защитных касок, безопасные автомобильные сиденья для детей и многое другое.

   Используются  два типа вспенивающегося полистирола: тип ПСБ – без добавок; тип  ПСБ – С – с подавлением  антипиринов (самозатухающий), для импортного сырья с буквой «F».

   Марка сырья определяется содержанием  частиц с наиболее часто повторяющимся  размером при просеве, которая в  свою очередь определяет плотность  получаемого пенополистирола при  одноразовом вспенивании. В данном производстве используется сырье разных марок (типов): F-243 A, F-343 A, F-443 A, KF-162, KF-262, KF- 362, Seps-16, Seps-20, Seps-30, F-ms, F-SA, F-SB и т.п.

   Вспенивающийся  полистирол по внешнему виду представляет собой частички сферической формы. Допускается наличие частиц рисообразной и чечевицеобразной формы.

   Основными показателями качества вспенивающегося  полистирола являются:

   -  массовая доля частиц основной  фракции; 

   -  массовая доля порообразователя;

   -  кажущаяся плотность пенополистирола  при однократном вспенивании. 

   Каждая  партия вспенивающегося полистирола должна сопровождаться паспортом, удовлетворяющим его качество.

   Вспенивающийся  полистирол должен храниться при  температуре не выше 25 °С не более 3-х  месяцев. В зимнее время допускается  хранение сырья в неотапливаемых помещениях с обязательным прогревом в цеху не менее суток. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Пенополистирол  производят в основном прессовым (ПС), беспрессовым (ПСБ) и экструзионным  способом. Сырьем для изготовления пенополистирола типа ПС служит эмульсионный полистирол марки Б (в виде порошка) и порофоры, а для изготовления пенополистирола типа ПСБ и экструзионного пенополистирола — суспензионный полистирол, состоящий из отдельных гранул. Прессовый способ заключается в смешивании порошкообразного полистирола с газообразователями и другими компонентами, прессовании полученной массы в пресс-форме при повышенной температуре и повышенном давлении, а также вспенивании данной заготовки без пресс-формы при нагревании паром, водой или горячим воздухом. Экструзионный способ заключается в смешивании гранул полистирола при повышенной температуре и повышенном давлении с введением вспенивающего агента и последующим выдавливанием из экструдера. После изготовления плит в ячейках материала происходит относительно быстрое замещение остатков вспенивателя окружающим воздухом. Пенополистиролы имеют преимущественно закрытые поры. Эти материалы обладают стойкостью к действию пресной и морской воды, кислот, щелочей, спиртов, но нестойки к действию органических растворителей — бензола, бензина и других нефтепродуктов. Экструзионные пенополистиролы отличаются небольшим размером пор (0,1-0,2 мм) и почти полным отсутствием пустот, способных поглощать влагу. Поэтому этим материалам присуща исключительно малая гигроскопичность и высокая прочность. Кроме того, во влажной среде их теплотехнические и физические свойства изменяются незначительно. Пенополистиролы первых двух типов сильно деформируются при сжатии. Поэтому различают предел прочности при сжатии у жесткого пенополистирола (типы ПС-1 и ПС-4) и предел прочности при 10-процентном сжатии у деформирующегося пенополистирола (типы ПСБ и ПСБ-С). При добавлении к пенополистиролам антипиренов получаются трудногорючие материалы (пример — тип ПСБ-С), что, тем не менее, делает их пожаробезопасными лишь в некоторой степени. В нашем случае наибольшего внимания заслуживает самый дешевый и простой в изготовлении беспрессовой пенополистирол, выпуск которого хорошо освоен на белорусских предприятиях.

   Технологические операции производства пенополистирольных плит можно разделить на основные стадии (рис.3.1).

   Рис.3.1Основные  стадии производства пенополистирольных плит 
 

   Вспенивание гранул

   Первой  технологической операцией в  переработке пенополистирола является вспенивание гранул. Процесс вспенивания  осуществляется благодаря порофору, содержащемуся в гранулах. Во время вспенивания, проходящего во вспенивающем агрегате с подводом насыщенного водяного пара, в температуре 80-100 °С в цельном пенополистирольном материале образуется микроячеистая структура. Во время вспенивания гранулы перемешиваются механической мешалкой для предотвращения их склеивания.

   Водяной пар подводится во вспенивающий агрегат  паровым трубопроводом в нижнюю часть агрегата. Во вспенивающем агрегате гранулы перемешиваются вертикальной мешалкой, которая имеет систему лап, предотвращающих склеивание гранул. Расширяющиеся гранулы перемещаются в верхнее пространство вспенивающего агрегата и покидают его через выходное отверстие, которое размещено в верхней части вспенивающего агрегата.

   Для обеспечения возможности регулировки производительности и насыпного веса вспененных гранул вспенивающий агрегат имеет регулировки скорости оборотов червячного дозирующего шнека, давления подводимого водяного пара и высоты положения выходного отверстия вспененных гранул.

   В состав контрольно-измерительных устройств  на вспенивающем агрегате входят: регулировочные клапаны и контрольный манометр давления водяного пара на линии вспенивающего  агрегата (расположенный в гильзе в блоке вспенивающего агрегата), преобразователь частот, а также весы емкостью 10 литров для контроля насыпного веса вспененных гранул.

   Из  вспенивающего агрегата вспененные полистирольные гранулы попадают в  загрузочную систему пневматического  транспорта, откуда попадают в трубопровод, транспортирующий их в силосы.

   Сеть  пневматического транспорта питается горячим воздухом из вентилятора  и парового нагревателя. Благодаря  тому, что носителем вспененных гранул является горячий воздух, в сети пневматического транспорта происходит одновременно их высушивание.

   В зависимости от требуемой плотности  и типа сырья процесс вспенивания  может состоять из нескольких циклов (от одного до трех) с промежуточным  вылеживанием в силосах.

   Следует иметь в виду, что на последующей  стадии производства (силосовании) сырье  утяжеляется в среднем на 0,5 кг/м³ из-за частичной деформации гранул под действием температуры нагрузки.

   Силосование гранул

   В процессе вспенивания часть порообразователя (пентана) выходит из ячеистой структуры  гранулы пенополистирола. При остывании  гранул оставшийся в них порообразователь конденсируется, что приводит к образованию в закрытых порах гранул микровакуума. При вылеживании в силосах происходит процесс диффузии воздуха вовнутрь гранул.

   Для получения легких марок пенополистирольных плит (8,5-15 кг/м³) с двух-трех кратным вспениванием, необходимо вылеживание гранул не менее двух часов между циклами вспенивания. Для гранул насыпной плотности 15 кг/м? время силосования должно быть 8-24 часов.

   Для получения пенополистирольных блоков плотностью от 25 до 35 кг/м³ время силосования должно быть не менее суток (24-48 часов).

   Для формования пенополистирольных блоков плотностью от 35 кг/м³ и выше время силосования должно быть 2-3 суток (48-72 часов).

   Длительное  силосование для тяжелых марок  необходимо для того, чтобы в гранулах порообразователь в большей степени был замещен на воздух. Иначе при формовании блоков в блок-форме потребуется значительное время для вакуумного охлаждения, чтобы блоки не раздувались и не трескались при выходы из нее. Кроме того, это может привести к увеличению времени самостоятельного горения пенопласта из-за большого количества оставшегося пентана в готовом изделии.

   Для тяжелых марок пенопласта необходимо использовать сырье с меньшим содержанием порообразователя, чтобы сократить время силосования.

   Наполнение  и разгрузка силосов осуществляются по пневмотранспорту через систему  шиберов с ручным и пневматическим управлением. На панели управления загрузки силосов ведется запись о типе сырья, времени вспенивания, насыпной плотности. Данную запись на пульте управления силосов производит оператор вспенивателя.

   Формирование  пенополистирольных блоков

   Формование  пенополистирольных блоков является третьей  операцией цикла переработки  пенополистирола. Во время этой операции загруженные в форму вспененные гранулы дополнительно расширяются и склеиваются, создавая изделие, соответствующее размерам формы, в которой они находятся.

   Перед загрузкой формы гранулами следует  ее прогреть до температуры 70-90°С (при  более высокой температуре гранулы  будут склеиваться непосредственно после их загрузки) путем подачи водяного пара. Во время нагревания форма должна быть закрытой, а конденсат и избыток проходящего пара должны направляться выделенным каналом в наружное пространство из здания. Предварительный нагрев формы необходим для избежания увлажнения гранул водой, которая образуется после конденсирования пара на холодной поверхности формы. Нагревание осуществляется каждый раз после более длительного (несколько часов) перерыва в работе.

   Цикл  формования блока начинается с засыпки сырья в блок-форму. Оператор блок-формы ведет контроль плотности засыпаемого сырья и регранулята. В зависимости от плотности первичных гранул и регранулята, а также заданной плотности сформованного блока, оператор устанавливает по Таблице необходимый процент добавляемого регранулята. Режимы работы блок-формы задаются оператором на пульте управления в соответствии с Технологической картой.

   Следующим этапом формования блока является удаление воздуха, находящегося в свободном  пространстве между гранулами. Это осуществляется благодаря предварительному вакууму в форме и продуванию гранул водяным насыщенным паром при свободном прохождении через блок-форму.

   Данная  функция в процессе формования является особенно важной. Наличие воздуха  снижает скорость нагревания гранул и вызывает недостаточно сильное их склеивание (так называемое явление «рассыпания блоков»), или же возникновение во внутреннем пространстве блоков свободных пространств, так называемых «каверн».

   Затем закрываются выходные отверстия  для отвода пара и конденсата. Происходит резкое повышение давления и температуры  в блок-форме, что вызывает расширение и склеивание отдельных гранул в  пенополистирольный блок.

   Конечной  операцией цикла формования является вакуумное охлаждение сформованных блоков. От этой операции в большой степени зависит качество сформованных блоков, а также производительность цикла формования.

   Оператор  блок-формы заполняет Ведомость  и маркирует готовые блоки  с указанием даты и плотности. Рабочий блок-формы осуществляет транспортировку блоков и расстановку их по датам и маркам.

   Кондиционирование блоков