БЕСПРЕССОВЫЕ ПЕНОПЛАСТЫ В СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ БЕСПРЕССОВОГО ПЕНОПОЛИСТПРОЛА

Б ечт peace выи полтстпродьиый петюпласт можно из­готовлять Мумя основными методами: экструзнопным с исшмьзованнем расплава швяимера и гранульиьш, т. е. вспениванием пенопласте из гранул полистирола, содержащих вс^никаюшш"' агент. П^вый метод раз­работан ам«ри»анской фирмой a Dow Chemical Com­pany» (продукт имеет пвргснмж. незнание стпрефом) и заключается в том, что находящийся в жпй^в-теку - чсм с/эсташии п под оправленным давлением полимер, содсрж&щнп вспенивающий Агент, выпускают из рвак - Яора через ёоило. При этом псдапмср вспенивается вслед - стмЖ peSwote 1 спада давления. При охлаждении масса затвердевает, сохраняя свою эамкн-уч^яченстую структуру.

Несмотря ina относительно высокие фиенко-мехапп - челкпе е Но ii с. г г, a ист, Шл лети с^рофом и простую тех - нолоппу его производства» этот метод, пе получи, и широ­кого распространения. Существенным недостатком йго является то, что вы. едящий из реактора бесконечный |лЩ< шщлнасга имеет крущэ* «еченпе. При #ав. рев^е Сто па нрямоугольныеш1ементы получается большое и®- отходов. Кроме того, аппарятурпае «формло - ипс > к. п*о процессгидоиолию «чижно.

Фирмой Badiacle Anilin mid Soda Fabrik (i.» BASF разработан другой метод изготовления бесиpecconoiо пенопласта на основе полистирола, принципиально от - .читающийся от метода фирмы «Dow Chemical Com - Цапу». Он заключается в том, что из полимерной мас­сы— полистирола — вначале изготовляют полуфабри­кат (вспенивающийся полистирол),' представляющий со - coi частищ>1 в форме шариков (бисера) пли чеш1&к, котЯрые содержат вспенивающий агент — дбычно лег - ю явнжцую жидкость. Переработка зтого полуфабри - ьата н пзд*лия заключается в тепловой обработке час - гльвывшощеи размягчение полимера и появление :icKotQf)qi':i клейкости, расширение частиц вследствие нввврЦкпя вспенивающего агента и вв'аяодугощее скле- ■йчвшие (сплавление) ж межд^ ^обой, в результате 4%- го «А^азуетоя гомогенная масса с замкнуто-ячеистой структурой.

Этот метод изготовления беспрессового полистпроль - нЙ» ггсгоопласта получил песьме широкое применение го мн#гпх странах. По Двппым фирмы В SF в 19SQ г. гбщпч выпуск беспрессового пенополистирола предпри­ятиями фирмы, находящимися в ФРГ, а также в других сРргцах, и по лицензиям фирмы должен был составить okojtq Мб тврс. т, пли принимая расчетный вбъемный re. ee 20 щ/м 7,25 млн. мъ. Предполагается, что произ­водству пенополистирови на веек этик предприятиях в блпжайши* годы возрастет прпмеоно др 250 тыс. г в год, - Что составит оквлс 12,5 млн. мъ панеполнетирола.

Ленинградским научно-исследовательским институ­там полимерных пластмасс разработан м^тою изготов­ления йеспрессового пенополнетпрола из гратул (сус - ниппфгный вспенивающийся полистирол), в принципе va.'rft отличающийся от описанного выше. По этому ме­тоду отечественная промышдешность выдрскает плпт- 1тыГ! пенопласт м-аркн ПСБ и самозатухающий марки ПСБ-С. Вспсппва-ющннся полистнроя представляет со­ткой твердые прозрачные пли мутпо-молочнме частины полимера, содержащие вспенивающий аг^пт.

Вспенив пощий^я полпегирол !Tf получают в резуль­тате проведения суспензионной полимерп»ецпн мономе­ра етчрюлв в верной? реде в приветствии стабилизато­ре суспензии (лолпвппплового спирта) и инициатора (переписи &ензопла или диштгрнла азоднпз, омасляной кпе. тегпл). Полимеризацию нровоДлт г. пвтотздлвс см - 5 -20 м3, снабженном лопастной мешалкоГ' и паровой рубашкой. В процессе полимеризации в моно­мере стирола рявномерша распределяется всшзнпваШ - щий агент —изопентаи или нзопентановая фракция с температурой кипения 28—45°С. Все компоненты загру­жают в автоклав одновременно, после чего автоклав закрывают и, вводя сжатый азот, поднимают давление до 2—3 ат. Затем, пуская пар в паровую рубашку, на­гревают массу до 70°С, это сопровождается дальней­шим повышением давления до 5—6 ат. В результате интенсивного перемешивания содержимого автоклава мономер диспергируется, и образовавшиеся при этом капли стирола превращаются в процессе полимеризации в твердые сферические или овальные частицы с равно­мерно распределенным в них вспенивающим агентом.

В ходе процесса полимеризации, который длится ие менее 17 ч и сопровождается выделением тепла, требу­ется периодическое охлаждение автоклава водой для предотвращения перегрева массы. По окончании поли­меризации автоклав охлаждают до '10°С, снижают дав­ление и постепенно выгружают продукт, пропуская его порциями через центрифугу для промывки и обезвожи­вания. Так как влажность такого материала еще очень высока, его подвергают искусственной сушке. Высушен­ный продукт упаковывают в многослойные крафт-бу - мажные мешки с полиэтиленовым вкладышем. При хра­нении полуфабриката в такой упаковке в сухом поме­щении с нормальной температурой (не выше 25°С) за­воды-изготовители гарантируют неизменность свойств продукта в течение 2 месяцев.

Качество вспенивающегося полистирола определя­ется содержанием остаточного мономера стирола; мо­лекулярным весом полимера (не менее 35 000), содержа­нием вспенивающего агента и др. С повышением коли­чества мономера стирола во вспенивающемся полисти­роле снижается теплостойкость, увеличивается способ­ность полимера к старению, кроме того, ухудшаются санитарные условия для работающих в производстве, перерабатывающем полистирол в изделия, вследствие выделения мономера в атмосферу.

Молекулярный вес определяет прочностные и реоло­гические свойства полимера, поэтому повышение этого показателя в полистироле, который используют для изготовления пенопластов, выполняющих одновремен­но теплоизоляционные и конструктивные функции, весь­ма желательно. При получении вспенивающегося поли?-' стирола с более высоким молекулярным весом содер-

'.М

Технические требования к суспензионному вспенивающемуся полистиролу ПСБ и ПСВ-С

Примечания: 1. Влажность гранульного полуфабриката ме должна 6i. iti> более 1%. Гранулометрический состав на cm ах с сеткой № 05 в °/п определяют факуяьтатнпно.

Жапне вспенивающего агента в нем обычно увеличива­ют, с тем чтобы его способность вспениваться (кратность расширения) была не хуже, чем у материала с мень­шим молекулярным весом и соответственно меньшим содержанием вспенивающего агента. Однако повышен­ное содержание вспенивающего агента может явиться причиной быстрого улетучивания его из полуфабриката, при хранении и переработке.

Горловскнй химический комбинат и Кусковский хи­мический завод выпускают вспенивающийся полистирол двух видов: обычный ПСБ и еамозатухающий ПСБ-С. Но каждому виду предусмотрен выпуск четырех марок: Ль Ао, Б н В (табл. 5).

Вспенивающийся полистирол ПСБ и ПСБ-С перера­батывай. l: изделии можно но дну х - и.'in одностадийном технологии. В подавляющем. большинстве случаев при­меняют двухстадниную технологию, т. е. предваритель­ное вспенивание полуфабриката для получения гранул определенного насыпного веса и окончательное вспени­вание пли формование изделий из предварительно вспе­ненных гранул в замкнутом объеме. Обе технологичес­кие стадии осуществляют путем тепловой обработки исходного полуфабриката и предварительно вспенен - ныл гранул полистирола. Между первой и второй ста­диями гранулы для подсушки и выравнивания внутрен­него давления в ячейках с атмосферным выдерживают обычно при нормальной температуре и свободном до­ступе воздуха от нескольких часов до нескольких суток.

По одностадийной технологии изделия из полисти - рольиого пенопласта формуют путем тепловой обоабот-

15 процессе тепловой обработки материал, будучи нагретым до температуры, превышающей температуру стеклования полимера, переходит в эластичное состоя­ние, а вспенивающий агент испаряется, что приводит к расширению гранул. При нагреве в грануле образуются •к сообщающиеся между собой ячейки, отделенные одна от другой тонкими стенками. Форма ячеек довольно сложная. В основном это неправильные, приблизитель­но сферические многогранники со средним диаметром около 50—Б50 мк. Толщина полимерных стенок в мате­риале с очень низким насыпным весом составляет 1 — 5 ;г/х, что примерно соответствует размеру молекулы по­листирола [17]. Молекулы в стенках ячеек находятся в ориентированном состоянии. Степки ячеек представля - кг со'г г анизотропные мембраны, обладающие релак - Счнполн; :мп свойствами. Этим обусловливается упру­гое п. пепополнетирола и сопротивление его растягиваю­щим усилиям во время расширения газообразных про­дуктов в ячейке.

Хотя температура стеклования полистирола, не со­держащего вспенивающий агент, несколько выше 100°С, полистирол начинает вспениваться примерно при 80°С, что обьяеияется влиянием изопеитапа. Изолентам зна­чительно снижает температуру стеклования полимера, а также влияет па его релаксационные свойства.

Выше отмечалось, что расширение гранул полисти­рола при нагревании происходит вследствие испарения вспенивающего агента. Предполагаемое расширение 1 ранул с, достаточной точностью может быть вычислено теоретически, однако сравнение этих данных с экспери­ментальными показывает, что действительный объем

Полимере, потерь вследствие диффузии! срез стенки ячеек и сопротивления стенок растяжению толжеи составить около 24 кг/м3. Фактически же при 5сле;мваннн получается материал с насыпным весом 12—14 кг/м3. Исходя из этого можно сделать вывод, что тишь около 50% расширения гранул обеспечивается за :чег испарения вспенивающего агента, а остальное рас - гпрение происходит вследствие влияния других факто­
ров. Считают, что одним из таких факторов является проникание в ячейки гранул теплоносителя — водяного пара или воздуха (при вспенивании горячим воздухом). При этом проникание теплоносителя в ячейки, несмотря на некоторое избыточное давление в них, происходит значительно быстрее, чем улетучивание паров вспени­вающего агента из ячеек.

Стенки ячеек в этом случае можно рассматривать как разновидность полунепроницаемых мембран, позво­ляющих повышать давление в ячейках, что способству­ет дополнительному расширению гранул. J

А. А. Берлин [1] рассматривает проницаемость газов через пленки органических высокомолекулярных соеди­нений как процесс, слагаемый из трех последовательных стадий:

1) поглощенно (сорбция) пленкой галоп;

2) диффузия газа через толщу пленки;

3) десорбция продпффундировавших газов с поверх­ности противоположной стороны пленки.

Количественно газопроницаемость характеризуете; коэффициентом проницаемости Р:

Dp

Do

Dx

Где!) — коэффициент диффузии; а—коэффициент сорбции (раство Dp

Римости), градиент давления газа в пленке полимера.

Если значение градиента давления газа равно еди нице, то коэффициент проницаемости представляет сс бой произведение коэффициентов диффузии и сорбции

P = DG. (!

Коэффициент диффузии в основном зависит с структуры и химического строения полимера, а так» от молекулярного веса газа, а коэффициент сорбции - от природы диффундирующего газа.

Исследованиями установлено, что при увеличем молекулярного веса газов одинакового химическое состава растворимость увеличивается, а коэффицщу диффузии уменьшается. Однако D уменьшается обыч! быстрее, чем повышается растворимость, поэтому в к печном итоге с увеличением молекулярного веса коэ< фициент проницаемости, как правило, уменьшаете Для газов различного химического типа эта закономе ность не выдерживается. Водяные же пары являют исключением. Известно, что проницаемость через поли­стирол водяных паров выше: в 4100 раз, чем азота; в 1100 раз, чем кислорода, и в 130 раз, чем углекислого газа. Для полимерных пленок другого химического сос­тава и структуры абсолютные цифры проницаемости водяных паров и других газов (N2, 02, С02) и их отно­шения изменяются в весьма широких пределах.

Причины различий и значительных изменений про­ницаемости в зависимости от типа пленки полимера, а также причины аномального поведения водяных паров при вспенивании полистирола еще не полностью изуче­ны Эти вопросы должны явиться предметом дальней­ших исследований.

При тепловой обработке полуфабриката применяют различные теплоносители: водяной пар, горячую воду, воздух. Можно также использовать инфракрасное излу­чение. Изучение особенностей процесса предварительно­го вспенивания при помощи различных теплоносителей позволило установить зависимость кинетики вспенива­ния, степени расширения гранул и их качества от вида теплоносителя. Выбор типа теплоносителя зависит от объема и условий производства и характера изделий.

Горячую воду используют в качестве теилоносител? в лабораторных установках и небольших производст­вах. Оборудование, применяемое для предварительного вспенивания в горячей воде, весьма несложно — обычно это ванны с механическим или ручным перемешивани­ем, в которых температура воды поддерживается в пре­делах 85—98°С. Поскольку процесс вспенивания проте­кает при относительно низкой температуре и сравни­тельно медленно, упрощается контроль за ходом про­цесса, особенно при высоком насыпном весе гранул (70—S0 Кг/м3).

Для предварительного вспенивания полуфабрикат засыпают в ванну и перемешивают в течение всего про­цесса обработки для обеспечения постоянного контакта гранул с водой. В зависимости от требуемого насыпно­го веса гранул на каждом квадратном метре водного зеркала может вспениваться от 500 до 1000 г полуфаб­риката. Предварительно вспененные гранулы имеют очень высокую влажность (до 60% по весу). Перед за­грузкой в бункеры запаса влага должна быть удалена. Для этого обычно гранулы центрифугируют и затем су­шат в сушильных установках.

29

Горячий воздух является малоэффективным тепло - гиосителем из-за незначительного теплосодержания и низкого коэффициента теплоотдачи, поэтому длитель­ность предварительного вспенивания этим теплоноси­телем примерно в 4—5 рае больше, чем прп вспенива­нии паром. Кроме того, в процессе предварительного вспенивания полистирола горячим воздухом теряется много вспенивающего агента, а также наблюдается оп - лавтеппс поверхности и образование поверхностной стекловидной пленки. Положительной стороной вспени­вания горячим воздухом является то. что гранулы полу­чаются совершенно сухими и ячейки их достаточно за­полнены воздухом, поэтому' материал, qpa^v после пре - дварнтедыивго вспенивания без промежуточной вы­держки может быть использован для формования т - Tc. ftnn. Этот спосоО п|н ишрип ншого исчкчшвлппя иног­да применяют в нропзводств-е специальных изделий объемным вецом 60 кг/мя и бспес.

Предварительное всшпивание 1ракул путем нагрева их инфракрасными лучами немногим отличается от вспенивания горячим воздухом, Поп этом способе на­блюдаются значительная неравномерность расширения отдельных грапп м (поскольку обычно начинает расши­ряться та сторона гранулы, которая подвергается облу­чению), большие потерн вспенивающего агента и обра­зование стекловидной оболочки. Скорость вспенивания грпнул примерно та же, что и прп вспенивании горячим воздухом.

По сравнению с перечисленными теплоносителями водяной пар оказался напболеа экономичным и удоб - ным ллл предварительного вспенивания полуфабрика­та Пртмущества пара Заключаются в том, что он ак­кумулирует относительно большой количество тепловой энергии, н. ме. ет выqokhii коэффициент теплоотдачи, бла­годаря чему гр л пулы быстро и равномерно нагревают­ся. Как указывалось, водяной пар, с^падая уникальной способностью диффундировать через полистирольиые тенки, быстро проникает ь ячейни гранул, обеспечи­вая дополнительное расширение последних. В производ­стве пеноролистнрола н, в частности, для предваритель­ного вспенивания пешгетирфяьнежо полуфабриката ире- пмущеогвеппо применяют водяной нар. В да/и нен'пем при оннсапин технологического процесса и оборудова­ния будег полраз меваться только - jtot теплоноситель.

Creireiib расширения i ранул полистирола зависит от гранулометрического состава, содержания вспениваю­щего а го п I а, вида п температуры теплоносителя и длп - гельнФбти его воздействия.

Пожазвтелсм степени расширения является коэффи­циент вспенивания К, определяемый из отношения объе­ма предварительно вспененных гранул V к исходному объему полуфабриката VV-

Го

.зависимость насыпного веса гранил от длительности тепловой обработки горячий воздухом и водяным па­ром характеризуется кривыми, приведенными па рис. 5.

Рис. 5. Зависимость насыпного веса гранул ие - нополистирола от длительности обртботки па­ром и воздухом температурой

I - 2 — П0°С; 3 — [20°С (--------------------------- воздух;

---------- паи)

Как видно из графика, насыпной вес гранул снижа­ется во времени до определенного минимума, после ко­торого он снова Несколько увенчивается. Снижение на­сыпного веса продолжается, по всей вероятности, до те«х пор, пока газ диффундирует в ячейки гранул. Эк­стремальная точка соответствует моменту установле­ния равновесия парциального давления внутри ячеек с атмосферным. При дальнейшем воздействии температу­ры пары пзопептаиа медленно диффундируют из ячеек,
внутреннее дцвдедие становится ниже атмосферного, что приводит к деформации (упадке) гранул и, следова­тельно, к повышению их насыпною вес i.

Xapawep кривой, определяющей кинетику вспенива­ния, и положение экстремальной точки, соответствую­щее моменту восстановления равновесия парциаль­ного давления в ячейках и атмосферного давления, дей­ствительны для проведения процесса предварительного вспенивания при определенной температуре в изотерми­ческих условиях. Изменение температуры теплопоептедя в, чечет за соОсч изменение характера кривой и положе­ния экстремальной точки. При повышении температуры увеличивается объем газовой смеси в ячейках, снижа­ются вязкость и рела1аацноиныс свойства полимера, "что ведет к сокращению длительности процесса вспенива­ния, енпжепшо минимального насыпного веса, и наобо­рот. Однако повышать температуру теплоносителя мож­но только до определенного предела, при котором на­пряжение в полимерных стенках ячеек остается ниже временного сопротивления их. Иногда может возникнуть значительная неравномерность структуры гранулы, что приведет к разрушению ячеек, расположенных у на­ружной поверхности гранулы, и к ее усадке. Минималь­ная температура теплоносителя должна быть несколько выше температуры стеклования полимера, т. е. перехо­да его из стеклообразною состояния в эластичное Пра­ктически предварительное вспенивание проводят при температуре от 95 то 110°С.

Существуют два способа предварительного вспени­вания паром: периодический и непрерывный.

Периодический способ предварительного вспенива­ния заключается в том, что определенное количество (обычно объемная доза)гпанул полистирола засыпают ь агрегат для предварительного вспенивания и нагрева­ют в течение установленного времени паром определен­ных параметров. Ддя обеспечения равномерного обогре­ва и предотвращения комкования гранулы во время вспенивания перемешивают лопастной мешалкой. Полу чаемый насыпной вес пре [варителыю вспененных гранул, как уяйфьифяве», бавпеит от свойств гранули­рованием да^пстпрола. параметров пара и длительно­сти тепловой обработки Обычно в таких установках со­блюдшие режима прсдварии'^ьнбго' mпенннаипн гра­нул заключается g выдерживании определенных темпе­ратуры и длите ii. hochi процесса. К основным недостат­
кам такого способа относятся значительные колебания насыпного веса гранул, вызываемые даже небольшими изменениями параметров пара (в пределах точности регулирующей аппаратуры), а также вследствие неста­бильности свойств гранул полистирола, наблюдаемой иногда даже в пределах небольшой партии (влажность, гранулометрический состав, содержание порообразова - тсля и др.). При этом способе требуются постоянный контроль насыпного веса в процессе предварительного вспенивания и корректировка режима.

В более совершенных автоматических установках периодического действия, в которых степень вспенива­ния гранул контролируется по объему фотоэлектриче­ским устройством (фотоэлементом), вспенивание осу­ществляется с большой точностью (до ±0,5 кг'м3). В этом случае необходимый насыпной вес достигается ав­томатически независимо от колебания параметров пара и изменения свойств вспенивающегося полистирола. Ре­гулируют насыпной вес путем изменения положения фотоэлементов по высоте агрегата для предварительно­го вспенивания.

Использование автоматических установок периодиче­ского действия с фотоэлектрическим контролем особен­но желательно тогда, когда необходимо получать гра­нулы с относительно высоким насыпным весом (более 30 кг/м3 ), например для изготовления конструкционно­го пенопласта, к которому предъявляются повышенные требования по прочности, а следовательно, по объемно­му весу.

При непрерывном способе предварительного вспени­вания полистирол, непрерывно подаваемый питающим устройством, проходит с определенной скоростью через вспениватель. При этом он нагревается паром, также непрерывно поступающим в агрегат, и вспенивается до нужного насыпного веса. Недостаток этого способа (так же, как и периодического)—значительные коле­бания насыпного веса при неизбежных колебаниях дав­ления пара и изменениях свойств вспенивающегося по­листирола. Наблюдается и неравномерность вспенива­ния в результате того, что длительность нахождения грапул во вспенивателе неодинакова.

При подготовке гранул для изготовления теплоизо­ляционного пенопласта, обычно вспениваемых почти до минимально возможного насыпного веса, может быть

■2 Зак-. 192
прппяг любой сносок ире, л,вЯрптельпого вспенивания. Это подтверждается и графиком (рис. 6), характери­зующим кинетику вспенивания гранул. Например, уча­сток Л Б кривой 1 характеризует резкое изменение на сыпного веса гранул за короткий отрезок времени. Для того чтобы поучить гранулы насыпным весом 40 кг/м3 С девуском ±2 кг/л;3, необходимо выдержать режим в пределах 73—77 а любое изменение параметров теп­лоносителя пли свойств полистирола длл вспенивания повлечет за собой резкое повышение или понижение веса гранул.

S:

В то же время гранулы насыпным весом 20 кг/м3 с же допуском могут вспениваться в течение длитель­ного времени (участок ЙП, при этом небольшие коле­бания параметров пара и свойств гранул не могут в вначителыюн мере отразиться на степени вспенивания полистирола. В этих случаях вполне применимы уста­новки непрерывного действия и обычные установки пе­риодического действия (бе:| фотоэлектрического контро­ля насыпного веса).

Вспененные до требуемого насыпного веса гранулы и только что выгруженные из фрегата для предвари­тельного вспенивания имеют довольно высокую влаж­ность, которая отрицательно созывается на результа­тах кондиционирования., затрудняет заполнение форм, удлиняет процесс формования и снижает качество пенопласта. Поэтому гранулы перед загрузкой в бункс-
pa для кондиционирования подсушивают обычно в по­токе теплого воздуха температурой 50—60°С.

При охлаждении гранул находящиеся внутри них па­ры изопентана и воды конденсируются, и в ячейках? о - здается разрежение В этот момент механическая проч­есть и упругость гранул очеиь малы. При притожённи нагрузки гранулы легко деформируются, А после <?ня - Ti I ее не восстявавливают свою форму. Если коэффи­циент вспенивания гранул приближается к наибольше­му пределу, то толщина, а следовательно, и устойчи­вость стенок ячеек очень малы, и own не могут выдер­жать внешнее давление. В этом случае гранулы могут дать усадку, и насыпной «ее, их увеличится.

Свел. евспеиенные грЯм^Ш пенополистпроде гранс- портнрвеать следует осторожно. Райпопальным способом транспортирования этого материала является пневмати­ческий. Однако при этом не рекомендуется пропускать г^ануты, особенно с очень малым насыпным весом, через вентилятор, так как они могут быть повреждены крыль­чаткой. Более приемлем эжекционный способ транспор­тирования.

В процессе вспенивания и в результате трелия при т[ экспортировании гранулы электризуются, что является причиной прилипания их к стенкам бункеров, трубопро­водов, форм и т. д. Это явление вызывает некоторые за­труднения при транспортировании гранул и заполнении форм, поэтому необходимо проверить мероприятия по от­воду статического электричества.

Предварительно вспененные гранулы одинакового диаметра, которыми заполнена форма, в действительно­сти занимают лишь около 60% ее объехма, а остальное составляют межгранульные прщввжутки. При смешива­нии гранул различного диаметра мелкие грануЯы поме­щаются в промежутках между крупными и птотность за­полнения формы такой смесью повышается. Эти обстоя­тельства должны учитываться при формовании изделии. В то же время для получения пенопласта с равномерной Структурой и высокими физико-механическими свойства­ми гранулы, используемые при формовании изделии, дол­жны обладать такой способностью расширяться, при которой обеспечиваются заполнен tie межгранульных про­межутков и развитие необходимого избыточного дав те­ния в форме, повышающего силавляемость гранул между <?обой. Однако газы, заполняющие ячейки гранул (осо­бенно с малым насыпным весом), сразу же nSbie предва-

Зпк. ш
рительного вспенивания не обеспечивают такое дополни­тельное расширение гранул и развитие избыточного дав­ления в процессе формования, прп котором может быть получен пенопласт с оптимальными физико-механиче­скими свойствами. Такие гранулы должны быть предва­рительно подвергнуты дополнительной обработке — кон­диционированию, т. е. выдерживанию в течение опреде­ленного срока при свободном доступе воздуха и нор­мальной температуре. При этом в ячейки гранул прони­кает воздух, и давление в них выравнивается с атмо­сферным. Остаточное количество вспенивающего агента в ячейках и диффундировавший в них при кондициони­ровании воздух обеспечивают достаточную вспениваю­щую способность гранул при формовании изделий. После кондиционирования гранул])! приобретают необходимую упругость, выдерживают более высокую нагрузку при сжатии и частично восстанавливают свою форму после снятия сжимающей нагрузки.

Изучение кинетики поглощения гранулами воздуха показало, что этот процесс занимает довольно длитель­ное время, исчисляемое часами и даже сутками. Это объ­ясняется тем, что проницаемость стеиок ячеек (полисти­рольных пленок) по отношению к воздуху очень мала-— она в сотни раз меньше, чем по отношению к водяным парам.

Объем воздуха, поглощаемого гранулами, а следова­тельно, и сроки кондиционирования находятся в прямой зависимости от степени расширения (коэффициента вспе­нивания) гранул. Имеется также определенная зависи­мость этих показателей и от температуры воздуха. В ди­апазоне температур 22—26°С в гранулы диффундирует наибольшее количество воздуха, в то же время из них улетучивается минимальное количество вспенивающего агента (21]. При пониженных температурах повышается растворимость вспенивающего агента в полимере и сни­жается скорость диффузии воздуха в ячейки гранул. При повышенных температурах снижается растворимость вспенивающего агента, но также уменьшается и объем ■диффундирующего в ячейки гранул. воздуха, поэтому вспенивающая способность таких гранул снижается.

Кинетика поглощения воздуха предварительно вспе­ненными гранулами может быть определена прп помощи простого прибора, представляющего собой стеклянную колбу, соединенную с градуированной U-образной труб­кой, частично заполненной подкрашенной жидкостью.

В колбу насыпают свежевспененные гранулы, и при­бор помещают в термостат, в котором в течение всего коемепн опыта поддерживают заданную температуру. По мере поглощения гранулами воздуха в колбе созда­ется некоторое разрежение, и уровень жидкости в трубке изменяется. Объем поглощенного воздуха определяют по разности уровней в обеих половинах трубки. Чтобы не допустить засасывания жидкости в колбу, следует урав­новешивать давление внутри системы с атмосферным, открывая по мере надобности воздушный краник. Общее количество поглощенного воздуха определяется как сум­ма отдельных показателей разностей уровней жидкости в обеих половинках трубки.

При хранении из предварительно вспененных гранул постепенно улетучивается вспенивающий агент. По­этому для материала с определенным насыпным весом устанавливается не только наименьший срок кондицио­нирования, в течение которого в гранулы успевает диф­фундировать воздух, но и наибольший срок хранения, в течение которого потери вспенивающего агента еще не настолько велики, чтобы это отрицательно сказывалось на качестве изделий, формуемых из таких гранул.

Диффузия вспенивающего агента из ячеек зависит от площади наружной поверхности гранулы и длины пути (в данном случае от диаметра гранулы), проходимого газом. Очевидно, что мелкие гранулы обладают меньшей жизнеспособностью, чем крупные, так как быстрее теря­ют нзопентан. Жизнеспособность гранул диаметром 6— 7 мм составляет около двух недель, тогда как гранулы диаметром 1—2 мм при том же насыпном весе имеют жизнеспособность только 2—4 дня [20]. При превышении оптимальных сроков хранения вспененных гранул потери вспенивающего агента могут явиться причиной значи­тельного ухудшения условий формования и снижения физико-механических свойств готового пенополистирола.