Технологическая схема и описание технологического процесса

Технологическая схема и описание технологического процесса.

Процесс производства вспененных изделий из полистирола включает следующие основные операции: предварительное вспенивание, выдерживание и формование. Первая операция - предварительное вспенивание гранул полистирола. Гранулы увеличиваются в 20 – 40 раз от первоначального объема при помощи теплоносителя – сухого насыщенного пара. Выдерживание рекомендуется в связи с тем, что после охлаждения предварительного вспенивания гранулы изначально очень чувствительны к давлению, и необходимо время, чтобы они приобрели прочность.

Это происходит в результате диффузии воздуха в ячейки пены до полного выравнивания пониженного давления, образующегося в результате охлаждения и конденсации вспенивающего агента. В процессе формования предварительно вспененные гранулы продолжают расширяться в пресс-форме под воздействием пара до полной гомогенизации массы, формируясь в блок или другое изделие. Гранулы полистирола можно вспенивать и другим тепловым способом, например, с помощью кипящей воды, горячего воздуха или других газов.

Однако, пар имеет некоторые преимущества: • это высокоэффективный теплоноситель; • его температура при атмосферном давлении близка к температуре плавления полистирола; • всегда доступен. Более того. Он способствует нормальному процессу расширения гранул. Полистирол хорошо восприимчив к пару (водяному пару) и как только возникающий агент начинает воздействовать на гранулы, пар проникает во вновь образующиеся ячейки.

Паровое давление внутри ячеек уравновешивает давление пара вокруг гранул, благодаря чему вспучивание происходит практически беспрепятственно. Это позволяет получить при вспенивании гранул материалы с очень низкой плотностью [6]. 4.1. Предварительное вспенивание. В процессе предварительного вспенивания объем гранул возрастает. Нарастание объема зависит от температуры и времени. Предварительно вспенивание производится двумя способами: непрерывный и периодический.

Для непрерывного предварительного вспенивания используются цилиндрические емкости с мешалками. Пар поступает в нижнюю часть емкости или через сетку, или через пластины с отверстиями, расположенные на дне этой емкости. Шнековый транспортер подает гранулы полистирола на дно емкости; предвспененные гранулы выходят из камеры через перепускной желоб, регулируемой по высоте. При предварительном вспенивании в два этапа плотность на первом этапе должна быть приблизительно в 1,5 раза больше требуемой окончательной плотности.

Для периодического предварительного вспенивания применяются автоклавы, похожие по конструкции на камеры для непрерывного вспенивания (рис.1). Гранулы полистирола порциями подаются сверху, вспениваются под действием пара под давлением 0.1 бар/г и 0.6 бар/г. При периодическом вспенивании насыпной объем гранул регулируется следующим образом: • регулировка времени парообработки гранул; • регулировка количества сырья при каждой загрузке; • регулировка высоты, при которой вспененные гранулы поднимаются в камере (на этом уровне подача пара автоматически прекращается); • регулировка количества пара. Периодические вспениватели имеют более гибкий принцип действия и преимущество их в том, что очень низкая плотность может быть получена даже для относительно мелких гранул. Изменение объема происходит быстро и с минимальными потерями.

Вспениватели непрерывного действия являются более распространенными и используются для получения больших объемов материала со стандартной плотностью.

Предварительное вспенивание EPS. При предварительном вспенивании полимера типа полистирол необходимо учитывать следующие моменты: • насыпной объем предварительно вспененных гранул полистирола обычно равняется 30 – 80 кг/м³. Диаметр вспенивания гранул должен быть максимальным для обеспечения правильного заполнения одной трети формы и предотвращения образования пустот; • соотношение внутреннего диаметра камеры предварительного вспенивания должен быть, по крайней мере, 2.2; • степень предварительного вспенивания должна быть относительно низкой.

Камера вспенивания должна работать при более низких температурах (80-95ºC) за счет смешивания воздуха и пара [7]. Вспенивающий агент (пентан), содержащийся в гранулах полистирола активируется в процессе предварительного вспенивания и частично теряется. Потеря определенного количества вспенивающего агента зависит от насыпного объема предварительно вспененных гранул и принципа действия вспенивающий камеры.

Высушивание и выдерживание вспененных гранул также ведет к потере определенного количества вспенивающего агента. Вспененные под воздействием пара гранулы полистирола предварительно могут содержать до 10% воды по весу. Такие влажные вспененные гранулы не имеют достаточно высокой текучести. Их необходимо высушить сразу после вспенивания или обработать горячим воздухом (максимально 40ºC) по пути в бункер для выдерживания. Здесь происходит дальнейшее просушивание, если необходимо.

Однако, если относительная влажность воздуха низкая, гранулы не рекомендуется высушивать до конца из-за риска образования статического заряда. Свежевспененные гранулы даже после просушки очень чувствительны к воздействию давления, поэтому требуют осторожного обращения при транспортировке в бункер для выдерживания. Лучшим методом является подача гранул через трубки внутри (рис. 2). Отводы в трубопроводе для транспортирования материала в бункер выдерживания должны иметь большой радиус.

При охлаждении свежевспененных гранул во взаимодействующих ячейках происходит конденсация пара и вспенивающего агента по мере охлаждения гранул. Это создает частичное разрежение в ячейках, что делает гранулы чувствительными к давлению, пока диффузия воздуха в ячейках не уравновесит давление и не стабилизирует гранулы. На этот процесс требуется от 2 до 12 часов в зависимости от насыщенного объема и размера гранул. Чем выше насыпной объем гранул, меньше плотность, тем короче время выдерживания, так как чем больше вспенивающего агента остается в гранулах, тем меньше требуется воздуха для диффузии в гранулах.

Если время выдерживания очень короткое, то только что изготовленные изделия или блоки могут треснуть или плохо выниматься из предварительного вспенивания, относительной влажности, воздушного давления и температуры выдерживания. При выдерживании некоторая часть вспенивающего агента улетучивается, и это сокращает время снижения давления пара, необходимого при формовании.

Однако, если период выдерживания затягивается, улетучивается очень много вспенивающего агента и гранулы не спекаются должным образом на финальной стадии формования. Чтобы предотвратить избыточную потерю вспенивающего агента, гранулы полистирола для профильного формования должны быть выдержаны не более 24 часов, а гранулы для блоков – не более 48 часов, если они имеют стандартную плотность. Бункеры для выдерживания гранул для профильного формования вмещают в себя 10 – 50 м³ заранее вспененных гранул.

Это могут быть легкие конструкции, например, деревянные или металлические каркасы, крытые воздухонепроницаемой тканью. Ткань с металлическим волокном способствует рассеянию электрического заряда. Воздухонепроницаемые бункеры не требуют дополнительной вентиляции. Однако, их не следует размещать в промзоне с высокой относительной влажностью. Эффективное просушивание может быть также осуществлено при пневматической транспортировке вспененных гранул из одного бункера в другой [6]. 4.2. Формование блоков из полистирола.

При изготовлении блоков выдержанные, предварительно вспученные гранулы засыпаются в форму до заполнения ее целиком и обрабатываются паром. В результате такой повторной тепловой обработки при температуре 100-120°С вспучивание гранул продолжается. Но на этот раз в результате плотного заполнения формы вспучивание ограничивается заполнением пустот. Поэтому объемная плотность предварительно вспученных гранул почти равна плотности готового блока.

Теперь гранулы, многогранные по форме, плотно сплавляются друг с другом по граничным плоскостям в единую массу и заполняют форму. В процессе сплавления давление пара в неразъемной форме поднимается до максимума и составляет обычно 0.5-1.2 бар/г. При достижении такого уровня давления в паровых камерах формы обработка паром может быть немедленно прекращена; предусмотрена также возможность поддержания этого уровня давления в течение 3-10 секунд с целью получения более качественной и привлекательной поверхности готового блока.

Последующая фаза снижения давления в значительной мере определяет продолжительность цикла формования блока. В течение фазы понижения давления, известной еще и как период охлаждения, давление пены и температура внутри блока должны быть понижены до такой степени, чтобы готовый блок можно было вынуть из формы без деформации. Для получения качественной продукции необходимо: • хорошее сплавление формуемых гранул • определенный минимум показателей физических свойств • низкая усадка блока и усадка после формования (через 24 часа) • содержание воды максимум 15 вес % при измерении сразу же после формования • небольшая разница в плотности внутри блока и на поверхности; очень плотная внешняя оболочка нежелательна.

Если технология изготовления не нарушена, из полистирола - получаются однородные блоки с плотностью в пределах узких допусков. Формы для изготовления упаковки. Форма для изготовления упаковки обычно состоит из двух частей.

Полость, образуемая этими двумя частями формы, определяет форму готового изделия. Каждая часть прикрепляется болтами к камере пропаривания. Пар обычно вводится в форму через специальные воздушные трубки, обычно изготавливаемые из алюминиевого сплава. Расстояние между этими трубками и их количество, а также общая площадь пропускания через них имеют большое значение для надлежащего заполнения (без противодавления), парообработки, охлаждения и, соответственно, качества готового продукта.

Простота очистки и ухода за этими воздушными трубками имеют большое значение в повышении эффективности производства. При использовании скоростных технологий очистка должна проводиться довольно часто, чтобы предотвратить образование отложений в коллекторе пара. Очистку рекомендуется проводить струёй пара с высоким давлением. Требования к материалу пресс-форм: • высокая теплопроводность с низкой удельной теплоемкостью • высокая прочность и низкий вес • адекватная температура и устойчивость к коррозии • соответствующая твердость поверхности • низкое тепловое расширение Требования к конструкции формы: • легкая взаимозаменяемость • минимальное содержание металла • одинаковая толщина стенок • простота извлечения готового изделия • эффективное охлаждение • простой уход В зависимости от конструкции формы пар подается на поверхность формы одновременно во все отверстия или в шахматном порядке.

Формы, предназначенные для полностью автоматизированного процесса производства, обеспечивает получение дешевой продукции и могут использоваться также в производстве с ручным управлением.

Большим преимуществом предлагаемого оборудования являются автоматические устройства для загрузки форм - «инжекторы», которые обеспечивают подачу измеренного объемно – аналитическим способом количества выдержанных и предварительно вспененных гранул полистирола в форму за очень короткое время (10 – 30 сек.) [6]. 4.3.