БЕСПРЕССОВЫЕ ПЕНОПЛАСТЫ В СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

Окончательное вспенивание (формование) полистирольного пенопласта

Сущность процесса формования изделий из пенопо- листирола заключается в тепловой обработке предвари­тельно вспененных гранул, помещенных в замкнутый объ­ем (например, форму), _в результате которой они допол­нительно расширяются и сплавляются ме>кду Собой, обраауя изделие. Под тепловой обработкой понимается нагрев гранул тем плн иным способом до высокоэлзсти - ческого состояния полимерной qjitiobi gjpsi повышении температур!,I увеличивайся давление находящихся в ячейках гранул воздуха и паров вспенивающего агента, что влечет за собой расширение rpanv-л,- а затем в форме развивается! давление, епш^бсл'в^ощее сплавлению меж - ту ceScn гранул. Вследствие сплавления гранул образу­ется гомогенная масса с равномерной ячеистой структу­рой. Масса затверлевает п^сле охлаждения, сохраняя неизменной ячеистую структуру и конфигурацию, соот - 1Ктствчощчо кгтпфнгурапип формы.

Способы окончательно! о пешникания, В качестве теплоносителя, используемого при формовании пенопо - лнетирола, могут служить горячая в*>да, водяной нар

ИЛИ Tt4KTl ВЫСОК1Л Ч,'К'ТОТ1>1

Метод формования пеиополпетнрша в горячей воде, явтяется пан4олое проста, однако он пригоден в основ­ном для изготовления сравнительно тонкостенных изде­лии. Такой метод рекомендуется прп вспенивании образ­цов пенопласта в лабораторных условиях и в мелкосе­рийном производстве ма#®ьабаритпых изделий.

Токи высекой частоты за последние годы все чаще используют в массовом производстве специальных изде­лий из псиополпстирола, «редггв упаковки, теплоизоля­ции бытовых холодильников, а также пои формовании пенополистпрола в полости замкнутых конструкций и из­делии (например, дверей'# деревянной рамкой) Следу­ет отметить, что вспенивание при нагреве ТВЧ произво­дится паром, получаемым в результате испарения влаги, имеющейся на поверхности гранул, снециально увтаж - ияемых перед засыпкой в форму или полость изделия.

В силу ряда причин этот, казалось бы прогрессивный, способ не получи г пок« широкого распространения В чз(Н'ностн, его почти пе применяют при производстве пенополистпрола для строительных целей. К недостат­кам данного способа относятся сложность оборудования, большие начальные затраты денежных средств, высокая себестоимость готовой продукции, необходимость обслу­живания установки высококвалифицированными спедпа - лпетамн, трудность вспснпвяния изделий толщиной более 100 '(ч II н пелии I 'itMNiinii Кпнфт урании

По 'южительпымп сторонами способа вспенивания ТВЧ

ИИЛЧНПГЯ НО I (IIDMIIH' I I, lld.'iy ЧГП ПЯ IMJUVHU'l III ИгПоПЛ.1- cia, не требующих сушки, простота приформовыванпя к элементам изделии или вспенивания в полости полно - I I ьн / замкнутых конструкции, ПЗГ0Т0ВЛСНН 1,1 из, матери­алов, he выдерживающих ВОЗДЕЙСТВИЯ пара II КОДЫ.

Ка. ч п при предварительном всиенпваппи, водяной пар пк.-Ца. Щ наиболее экономичным и удобным. теплоноси­телем при окончательном вспенивании.

Существуют два основных метода пзгот(м. гш1пя пено- полнетнрола с использованием в качестве теплоносителя водяного пара: автоклавный и метод «теплового удара».

Прп вспеппваппп по автоклавному методу в эвтокда - 3t плп другом сосуде в результате введения теплоноси­теля (пара) совдшггся давление, действующее па находя­щиеся в форме гранулы равномерно со всех сторо! . Вследствие этого воздух, находящийся в межграпульных иромоиутках, днипо там держится и препятствует нагре­ву гранул. Поэтому вначале сптавтяется небольшой won у стенок формы, а затем в основном за счет теплопровот - постп пенопласта, которая у этого материала, ни) из­вестно, очень низка, нагревается средний слой.

При вспенивании по методу «теплового удара» все гранулы, участвующие в формовзшин, подвергаются воз­действию потока пара, быстро вытесняющего воздух из мч? жгранульных промежутков, и поэтому одновременно и равномерно нагреваются, расширяются и снл«вляются в течение очень короткого времени. Прп этом обеспечива­ются одинаковые температурно-влажибстные условия формования, хорошее сплавление гранул и как следствие получается пенопласт с более высокими фнзпко-мехапи - ческими свойствами.

При Aerot '.авном методе формы, заполненные пред­варительно вспененными гранулами, загружают в авто­клав и подвергают тепловой обработке насыщенным па­ром давлением 0,8—1,5 ат в течение определенного вре­мени. Разъемные формы, применяемые при этом спавобе и изготовляемые обычно из алюминиевых сплавов, долж­ны быть достаточно жесткими и прочными с тем, чтобы они без значительных деформаций могли выдержать давление, развивающееся при вспенивании пошетирота, которое в зависимости от объемного веса изделий яодеб - лелтп от 0,5 до 1 5 аг. В массовом производстве одинако­вых изделии по автоклавному способу, например плоских прямоугольных птит. формы с целью экономии металла и снижения веса делдют из топкого мет тл. и'Цского лм - ста. Во избежание деформаций их закладывают в огра­ничительную оснастку, воспринимающую усилия, кото­рые возникают при вспенивании.■ Для прохода пара в массу гранул и удаления конденсата, воздуха и газов стенки форм перфорируют.

Длительность тепловой обработки пенополистирола в автоклаве зависит от толщины изделия, давления пара, насыпного веса гранул и их гранулометрического состава и составляет обычно 30—40 мин для изделий толщиной до 50 мм и 50—60 мин для изделий толщиной 100 мм. По окончании процесса вспенивания формы выгружают, охлаждают в течение 30—40 мин и затем распалублива - ют. Изделия, имеющие довольно высокую влажность (30—35% по весу), сушат в специальных сушилках при температуре 30—40°С в течение 5—6 ч или в помещении с температурой воздуха 18—20°С в течение нескольких суток.

По автоклавному способу можно изготовлять широ­кую номенклатуру изделий, имеющих заданные размеры, конфигурацию и объемный вес (в пределах 16—70 кг/м3).

Недостатками этого способа являются: значительные затраты ручного труда, необходимость иметь большое количество форм, большой удельный расход пара, труд­ность получения изделий толщиной более 100 мм, невоз­можность совмещенного формования пенополистирола с элементами конструкций, пониженные физико-механиче­ские свойства пенопласта.

Удельные трудовые затраты при этом способе состав­ляют 3,5— 4 чел.-часа, удельный расход пара равен 350—• 400 кг/м3 пенопласта.

Хотя автоклавный способ и относится к наиболее про­стым, он в то же время является одним из самых неэко­номичных, и по этой причине за рубежом почти не при­меняется.

Пенополпстирол по методу «теплового удара» можно формовать на оборудовании различного конструктивного оформления: в агрегатах непрерывного действия, в не­прерывно пульсирующих установках роторного или кон­вейерного типов, в стационарных формах с ручным уп­равлением, полуавтоматических или автоматических.

В а г р с г а т а х н-u-ii р е р ы в и о г о действия бесконечный блок пенополистирола вспенивают между четырьмя плоскими перфорированными ленточными пли пластинчатыми транспортерами, образующими канал прямоугольного сечения, или между двумя транспорте­рами, из которых нижний имеет боковые стенки и обра­зует лоток, а верхний, плоский — крышку лотка. Вместо верхнего транспортера замыкающей стороной кана'ла мо­жет служить неподвижная плита.

В агрегате непрерывного вспенивания имеются три рабочие зоны: загрузки, вспенивания и охлаждения. В зоне загрузки в канал при помощи пневматических эжекторов, шнековых или плунжерных устройств пода­ют предварительно вспененные гранулы. В зоне вспени­вания гранулы нагреваются паром, непрерывно поступа­ющим из паровых камер через отверстия или прорези в транспортерах. В последней зоне блок охлаждается пу­тем орошения транспортеров водой или обдува холодным воздухом. По выходе из канала агрегата бесконечный блок автоматически разрезается на плиты нужной дли­ны, которые после сушки могут быть разрезаны по тол­щине.

Отечественная промышленность располагает двумя типами агрегатов непрерывного действия: конструкции КБ МПСМ БССР и конструкции НИИХИММаша." Пер­вый установлен на Минском заводе крупноразмерных железобетонных панелей. Он рассчитан на формование блока сечением-1000 X 100 мм при наибольшей скорости 1 м/мин.

Удельные трудовые затраты (на 1 м3 пенопласта) при работе на этом агрегате составляют 1,25—1,4 чел.-часа, а удельный расход пара равен 80—100 кг.

Агрегат конструкции НИИХИММаша установлен на Мытищинском комбинате стройпластмасс. Скорость его та же, что и агрегата, работающего на Минском заводе. Он рассчитан на выпуск блоков сечением 1000x 100 мм. Отличительной особенностью агрегата конструкции НИИХИММаша является неподвижная перфорирован­ная плита вместо верхнего транспортера, через которую подают пар в массу гранул. При такой конструкции от­падает необходимость в устройстве весьма ненадежных скользящих уплотнений и обеспечивается более эффек­тивная подача пара. В то же время вследствие недоста­точной гладкости парораспределительной плиты верхняя плоскость полистиролыюго блока получается рваной.

Удельные трудовые затраты при работе на этом агре­гате (на 1 мг пенопласта) составляют 1,25—1,4 чел.-часа, а удельный расход пара равен 70—80 кг.

Метод непрерывного вспенивания полистирола при всей кажущейся простоте оказался весьма сложным п до - pjffiiM в аппаратурном оформлении, а такж£ трудным в эксплуатации, поэтому он не получил еще широкого при­менения в промышленности, хотя в последнее время за рубежом к нему проявляется все больший интерес. Из­вестны зарубежные установки непрерывного вспенива­ния полистирола, папрпмер марки WMB в Швеппн, мар­ки «Дауфом» a CLII и Японии, марки DLW в ФРГ. Ус­тановка, построенная фирмой « Dcutshe Linoleum Werke» совместно с фермой BASF, рассчитана на выпуск блоков ^ечечше. м ЗвЖ^ООО мм и имеет производитель­ность то 20 т/сутки

I 1 С II р с р Ы В И о - II V л ь с и р у 10 ш И ii с и о с о б пзго- Тв^лепия пенополистирола жнольЛовап институтом Гипростройм-ат^-рпалы [18] прп проектировании кару­сельной установки, которая ирсДназпачспА для выпуа® блоков пенопласта размером ШООХЮООхЭОО мм и име­ет расчетную производительность около 15 000 м3/год,

VcTanoBKa представляет собой круглый стол диамет­ром около 5 *. вращающийся вокруг вертикальной осн. Па столе расположены шесть форм с перфорированными днищами п крышками. Операции заполнения форм гра­нулами, термической обработки их и удаления блок1й из формы осуществляются последовательно пвеяе каждого поворота стола на '/б часть окружности. Формы заполня­ют гранулами при помощи дозирующег® ус тройства и находящегося па поету загрузки расходного бункера. После заполнения формы стол поворачивается на 60". крышка автоматически закрывается п форма устанавли­вается под паровым колпаком, плотно прижимающимся к столу гидравлическим устропел вом Такой же ко так по-,водптся снизу к лпищу Пар можно подавать с одной н'лн обеих сторон формы. В течение трех последующих циклов блок охлаждается. Па пфледпем посту крышка открывается, и гидравлическое устройство выталкивает б ток После сушки блок разрезают па плпты нагретой проволокой.

Конструктивными недостатками установки являются отсутствие возможности прогрева формы перед заполне­нием ее гранулами и отсутствие принудительного охтяж - дення блоков, что снижает производи гельиосп, уста­новки.

Уделытые трудовые затраты н|)п работе на установке Г11 а 1 м пенопласта) составляют I ,(>7 чел.-часа, а удель­ный расход пара равен 113 ка.

1Ьиестпы также и другие конструктивные решения оборудования прп этом методе вспенивания, например непрерывно-щ льсирующая установка, в которой формы тви/ямея по цамкнуГгЛу конаенер^ В ^гой нонет рукции ип ос ihvei' жесткая связь фсШм ме>вду собой, н произво - нтсльносгь ее не зависит от длительности охлаждения блоков, так как количество форм, одновременно находя­щихся на конвейере, может быть таким, которое требу­ется при том или ином режиме производства.

Основными недостатками этого спмюба являются ог- нВш^Ывшз большие затраты ручного труда вследствие не1юз. Ш4*<ностн механизировать такие операции, как с|г - крывание и закрывание крышек, удаление блоков и др., а также невозможность нмютовлять крупные 'блоки, по­скольку формы при этом получаются слишком гродюзд-

I ими и чижслыми

1V <? год вспенивания полистирола в с т а - ц и о н а р и ы х форма х обеспечивает в^змонпост ь полз чеиия готовых изделий любой конфигурации и раз­меров пл+i блоков для дальнейшей иерерабеггм их в пло - с mi с плиты для теплоизоляции и других целей, Он явля­ется единственным методом, позволяющим получать из­делия из пенополистпрола с пустотами любой формы, ребрами, кессонави и т. п., осуществлять совмещенное формование, т. е. приформовывание пенопласта к отдель­ным элементам конструкции в процесс* вепшивания, а также вспенивание в полости конструкции

Конструктивные решении оборудования, иепблввуе - мого прп этом методе, весьма разнообразны; различны также характеристики изделий, степей! механизации и автоматизации процесса производства.

Простейшие стационарные формы для изготовления блоков представляют собой плоские прямоугольник» ко­робчатые металлические конструкции с откидными боко­выми и передней стенками и крышкой. Форма должна об­ладать достаточной прочностью и ж^ткостыо с тем, что­бы без деформаций выдерживать давление, развивающе­еся при вспенивании полистирола. К несущи^ стенкам формы изнутри прикрепляют парораспределительные плиты, через которые в полость формы вводят пар. Обыч­но черев них подается и вода для охлаждения изделия Для уменьшения потерь тепла и сокращения периода нагрева и охлаждения формы между napopat пред вен­терным и плитами и силовыми конструкциями заклады­вают теплоизоляцию. Формы заполняют предварительно вспененными гранулами, закрывают их, пускают пар, а Ьатем охлаждающую воду. Удаляют изделия обычно вручную. В более совершенных установках некоторые из этих операций, а иногда и все механизируют. Имеются также полностью автоматизированные установки, в ко­торых все операции выполняются бее участия человека. Блоки, вспсипвасмые в таких формах, могут быть раз­личных размеров, однако по экономическим соображе­ниям це,«-«сообразпо изготовлять их более круппымн, так как расход теплоносителя, длительность тепловой обработки и охлаждения изделий, а также трудовые за­траты прп их производстве растут непропорционально размерам а^дедия.

За рубежом наиболее применяемые формы„для вспе­нивания крупных блоков имеют размеры 0,5,;$ 4 м> т. с. рассчитаны па выпуск изделии объемом 1—I и1. В крупных производствах обычно устанавливают не­сколько таких форм, причем один рабочий может обслу­живать чотыре-пять форм одновременно. Дальнейшим Hiaroii вперед Ш пути развития метлда вспенивания крупных блоков в формах является создание вспенива­ющих установок с внутренним размером lXl.25JK6^t, т. е. объемом 7,5 лг3.

Как правило, крупные блоки разрезают на плиты раз­личной толщины. Для «той цели применяют горизонталь­ные ленточно-пильные станки, многопильные горизон - 1«яьные станки рамного типа или станки, в которых блок режут нагпетой проволймн. Последний способ, как наи­более просТоп, удобный и обеспечивающий получение изделии с гляицевоп, тя и недостаточно ровной поверх­ностью, получил широкое распространение. Однако он ложет быть использован в основном прп резне пепополп - стиртля малой нлот1«вС'Л1

При иво^^одшвЬМ® илшуека большой количества одинаковых плит пепополпетпрола с небольшими допу­сками по ртзмецам целесообразно применять пакетные вспенивающие установки, в которых изделия вспенива­ются между [>epi жа ъиы. мп перфорированными плитами, Сжимаемы, vin гидравлическими устройствами. В таких у^|аповкак можно вспенивать одновременно 30 изде­лий и Фвлее. Имеются установки, выпускающие изделия размером от 0,5ГХ 1 м д« ГЭ?2 м. Преимущества такого пособа зак почаются в том, чго |)тп щ ют необходимость в операции разреткп и обеспечивается возможность вы­пуска плит с профилем по периметру. Кроме того, такие плиты имеют со всех сторон тонкую пленку, наличие ко­торой обусловливает Лшжение водо-влагопог. ющспня it иаропранниаемостп материала. Кассетный способ ноз - голяет осуществлять совмещенное формование и выпу­скать плиты с прпформованным слоем другого материа­ла. Одним из видов массовой продукции, изготовляемой по такому способу, являются плиты с прпформованным защитным слоем рубероида для j гепленпя покрытии кро­вель промышленных зданий из штампованного пастила.

Метод вспенивания в стационарных формах благода­ря целому ряду преимуществ по сравнению с другими, описанными выше методам! (непрерывным и непрерыв­но пульсирующим), перчил весьма широкое распро­странение во всем мире и занимает доминирующее поло­жение в промышленном производстве пе-нополнстирола В специально изготовленных формах этим способом можно изготовлять крупные ребристые, пустотелые и другие изделия для строительства.

Претгм шества такого способа формования нзделш из б^спрессоиого пенополистпрола предопределяют еи® использование также и в производстве строительных комстр :.цпн с применением пенопласта в качестве теп - .онэо, 1Яцпоппоге и конструкционного слои.

Технологический процесс вспенивания изделий из пе­нополистпрола в стационарных формах bi лючает следу­ющие операции: подготовка формы и папесепие расдеди - тельной смазки, прогрев формы до 90 -100 С, заполне­ние формы предварительно вспененными rffcayeiMH, пр«- дувка ПОДОС. ТИ формы гщром шпкого л-'влгтшя прп от­крытых выходных вентилях для удаленш вогд".а из межгранульных промежутков, вспенив шие граи i пу­тем введения в полость (формы пара соответствующих параметров, охлаждение и удаление нзде#*в из (формы, G) шка п кондиционирование изделия.

Перед очередным заполнение м гранулами форма дол­жна быть очищена от пригоревшего иенополштпрола и емааан-д антпадгезнонным составом, ак как при ве, пднп - ванпп полистирола в формах наблюдаете^ прилипание

' ()тот метод широко iipiiMcii'iioi пьчже и iijyi bi пешшапни ра.<- лрицлх т|)гн*Ышых изделий (элементов тетоизоляцин бытовых *олп - чиьииков, тары, спасательных средств и т. д.). Для этой цели за р>бе»коы выпускают большое число типов устаююо^ различающих;-! по uviu'HH механизации и автоматизации. Э'Т« область, однако, не яиЛИОвИ темой настоящей работы.

«о к формующим иоверлносiям. Прочность прилипания лин®!®» зависит от объемного веса пснополистпрола. (рис. 7, с) '[19]. Существует также определенная зависи­мость прочности прилипания от температуры вспенива­нии (.риг. 7, 'Й• С повышение-' температуры вспенивания адгезионная прочность сначала повышается, а затем па­дает. Наибольшая прочность наблюдается прп темпера­туре 125*С. Адгезия пенополистирола зависит также от качества обработки поверхностей формы: чем грубее об­работана новерхнопь, тем выше, прочность прилипания.

°100 125 ЩО

Температура 5 *С

Put. 7. Завпс. имасм. пртчпО'Сгп ЯриЛМЛииа пепиполнетирел-п к стальном поверхности

»— </г dqta пенц'юлнетпр^лп б — m температуры йы*л-

МПйПММП

Для снижения адгезии применяют разделительные смазки. технический г. шцепин, кре. мнинорганичеекпе жидаосч, мыльный раствор, минеральные масла и т. гг. Разделительные смазки напоят распылением или кистя­ми. Д 1Я снятия прп.'шпшеЮ пепопЕ>#пстпро та применяют скребки чз мягкого металла, не повреждающего поверх­ность формы, п тн растворите, и.

Непосредственно перед заполнением форма должна быть прогрета до 90—100СС для удаления воедуха и кон­денсата ив паровых полостей у паропроводов, а так>»е для предотвращения пзлпшпего конденсирования пара в процессе формования. Недостаточный нагрев формы мо­жет явиться причиной плохого сплавления гранул у по­верхности и в углях, а также повышенной в. тжпости пе - ноп^вта.

Для уменьшения градиента плотности пенопласта по высоте изделия фор»у следует заполнять предваритель­но вспененными гранулами до краев Неполная загрузка так Же, как и излишне количест во i |>нпу. п, может •инить-
с А причиной неравномерной плотности пздетия. Одним из скчов**1.х условн I, обеспечивающих получение пенополп - t и рола а равномерной ячеистой структурой и оптималь­ными физико-механическими свойствами, является одно­временный, равномерный и быстрый нагрев всех гранул, 1 .1ходящпж:я в форме, что может быть доетпымто путам Становления оптимальных параметров и качества пара (влажность, содержание неконденсирующихся газов), выбора режима тепловой обработки, осуществления кон- с. тг> ктпвных мероприятий и ftp.

Чрезвычайно большое значени* имеют давление, тем­пература и качество пара. Лучшие результаты могут быть получены при использовании сухого насыщенного пара температурой 105—120 С. Влажный пар выбывает удлинение периода формования н охлаждеппя, является причиной и достаточного спла^ыимшя i папул и высокой ыажностн пенопласта. Перигретый па^ та-кже мало при­годен для формования, так как объел' его на единицу ве­са выше, а коэффициент теплоотдачи ниже, чем у насы­щенного пара. На практике трудно обеспечить поступле­ние в форму совершенно сухою пара, поэтому (Стремятся к максимальному снижению его влажности путем тща­тельной теплоизоляции паропроводов и парораспредети- телоных камер, а также установки па паропроводах в не­посредственной близости от места потребления сепапато - ров для отделения конденсата.

Па результатах формоваппя пенополистпрола отрица­тельно '"называется также латпчпе в парс неконденсиру­ющихся газов. Согласно закон Датьтона о п. ршг'лыюм давлении, давление газовой смесп складывается из пар­циальных давлений составляющих пвзов. Если в с хом насыщенном паре давлением 1 ат содержится, например, 20% газе, то парциальное давление пара составит всего 0,8 ат, а температура его будет 116,3'С, т. е. па?,2°С ни­же, чем температура пара, не содержащего воздука прп дав тении 1 ат. Присутствие в паре неконденсирующихся газов приводит к значительному снижению теплоотдачи. Так. при содержании в паре только 1% зэддуха коэффи­циент теплоотдачи уменьшается на 60°/о - Наибольшее ко­личество воздуха примешивается к пару при прохожде­нии его через массу i ранул, засыпанных в форму. Как указывалось, около 40% объема формы, еаполиенпои предварительно вспененными гранулами, занимает воз­дух, который находится в межгранульных промежутках. Поэтому для обеспечения наиболее, полного сплавления

Гранул воздух из межграиульных промежутков должен быть удален продувкой паром низкого давления.

Интенсивность теплоотдачи пара нагреваемой поверх­ности зависит также от его скорости. При низкой скоро­сти пара тонкий слой неподвижного воздуха у нагревае­мой поверхности ухудшает условия теплоотдачи. Боль­шая эффективность удаления воздуха из формы и луч­шие условия, теплоотдачи, а следовательно, и формова­ния могут быть достигнуты прп турбулентном потоке пара.

При формовании изделия из предварительно вспенен­ных гранул диаметром около 5 мм, плотная масса кото­рых занимает 60% объема формы, оптимальная скорость пара (при T= 100°С и р— 1 ат) должна составлять 0,47 м/сек, а количество поступающего в форму пара че­рез 1 м2 парораспределительной поверхности будет 1675 м3/ч [20]. По табл. 6 можно определить расход пара в зависимости от его параметров.

Где G~ расход пара в кг/ч-, F -— площадь сечения в м"- А'—посто­янная, для пара равная 1,3; pi—давление на входе в кГ/см[2]; р2 — давление пара на выходе в кГ/см ^ — плотность папа па входе в кг;мъ.

Минимальное число отверстий, требующихся на 1 м2 Поверхности парораспределительных камер, обеспечива­ющее турбулентность потока пара в форме, для различ­ных давлений пара при соответствующем диаметре от­верстий приведено в табл. 7.

Таблица 7

* 1 = ~ . (5)

Где Л — необходимое число отверстий; N — число отверстий, приве­денное в табл. 7; D — фактический диаметр гранул в мм.

Количество насыщенного пара, проходящего через I м2 поверхности парораспределительной камеры, под­считанное по табл. 6 и 7, приведено в табл. 8.

Доз, ведущих к форт, ис­ходят из равенства площади поперечного сечения паро­провода сумме площаде" отверстии парораспредели­тельных камер. Допускает ся некоторое (до 10%) уве­личение площади перфора­ции по сравнению с пло­щадью сечеипя паропрово­да. Увеличивать диаметр паропровода против расчет­ного нежелательно, так как в эт«м случае шзжет проис.- хо иггь перегрев металла в(Клпзн отверстий для выхо­да пара и пригорание по­листирола.

Давление в форме при окончательном вспенивании Даилеппе и по. тести формы зависит от температуры фор­мования, объемного веса изделия и содержания вспени­вающего агента. Для приблизительного определения величины давления, развивающегося в полости формы, предложена [20] следующая эмпирическая формула:

Р ■ - А - I- (ВС) !- (DE) — 1,03, (6)

Тле р давление и inwicwTn (|)0],..1ы в кГ! см- Л—давление шныпичь иото bow novo чара t от при конечной температуре формования; Н давление часыццяиюго воздухй в ат при конечной температуре ф<|р - мования; (J — парциальный объем газов в отформованном изделии, равный процентному содержанию пустот в нем; D — давление, раз­виваемое оставшимся п гранулах вспенивающим агентом, в ат при температуре формования изделия; Е — поправочный коэффициент, зависящий от объемного веса отформованного изделия.

Значения величии, входящих в формулу (6), приве­дены в табл. 9 -11.

Ниже даны значения поправочного кдаффициенга Г: .".аиненщпе от объемного веса наделай

Объемный вес С) лого изделия в кг/»3

Лаыснцг пара

BOii\a гф* юнечноА температ>ре формования

NpoveissTvos Г = г формы для изделий различного объ 'много веса

Давление насыщен­ного во»- д>и« В при теписвом расшире­нии I 1Т

1,28 1,29 1,31 1,33 1,35 1,37 I ",')

T a 6 л и ц a 11

Давление, развиваемое оставшимся в гранутах вспенивающим агентом, D при конечной температуре формонания

Пример. Расчетное давление, развиваемое в полости i] ipjw>i i; процесса вспенивания изделия объемным весом 16 кг/м1 при ie. Mii' ратуре 120аС, — 1,35 от; средняя степень уплотнения граяул i фо

Ме — 5б6/о пустот; среднее содержание вспенивающего агента 2%. Тогда |

Р = А + (ВС) + (DE) - 1,03 = 2,02 + (1,35-0,5) + | + (0,145-1,01) — 1,03 = 1,77 ат.

Обычно фактическое давление в форме несколько ниже расчетного. В табл. 12 приведены значения рас­четного и фактического давления, развиваемого при вспенивании изделия объемным весом 16 кг/м3 при различных температурах формования.

Таблица 12

В работе [22] приведена следующая зависимость давления, развиваемого в форме, от объемного веса пе­нополистирола. . ■

Охлаждение изделий. Особенности структуры и не­значительный объемный вес пенополистирола предопре­деляют его высокие теплоизоляционные свойства. Ко­эффициент теплопроводности пенополистирола л. при объемном весе от 20 до 60 кг/мл и нормальной влажно­сти не превышает 0,03 ккал/м-ч-°С, т. е. почти не отличается от коэффициента теплопроводности непод­вижного воздуха. Низкая теплопроводность пенополи­стирола является причиной того, что операция охлаж­дения в процессе формования изделий занимает дли­тельное время и в—значительной мере определяет производительность формовочного оборудования и себе­Стоимость изделий.

Время охлаждения зависит от некоторых физиче­ских свойств полуфабриката (предварительно вспенен­ных гранул), а также от технологических условий фор­мования, Так, при одинаковом объемном весе, но при разных режимах формования скорость охлаждения из­делий может колебаться в значительных пределах. По­этому в СССР много 'внимания уделяют изучению свойств пенополистирола и условий его переработки в изделия.

За рубежом [17, 20] проведены серьезные исследова­ния по выявлению зависимости длительности охлажде­ния изделий от давления и температуры при формова­нии, насыпного веса полуфабриката, содержания в гра­нулах вспенивающего агента, сроков кондиционирова­ния, техники формования (степени уплотнения гранул в форме, продолжительности тепловой обработки, при­менения вакуума и др.).

Охлаждение пенопласта происходит при наличии всех трех видов теплопередачи: теплопроводности, кон­векции и излучения. При определении коэффициента теплопроводности пенополистирола учитывают: тепло­проводность заключенного в ячейках газа; теплопровод­ность твердого полимера; излучение; естественную кон­векцию газов внутри ячеек, обусловленную наличием разности температур.

Влияние излучения и теплопроводности твердого по­лимера невелико, поэтому практически теплоизоляци­онные свойства пенополистирола определяются конвек­ционной теплопередачей и теплопроводностью газа, заключенных в ячейках гранул при нестационарном состоянии теплопередачи. Длительность охлаждения почти линейно зависит от объемного веса пенополисти­рола, содержания 'вспенивающего агента в гранулах, тем­пературы формования, влажности готового пенопласта.

При изучении этих вопросов была выявлена качест­венная картина процесса формования и предложены приблизительные методы расчета длительности охлаж­дения изделий. Однако многие аспекты процесса фор­мования, например влияние температуры стеклования полимера, его реологические свойства при температуре вспенивания, распределение пара по объему формы в процессе тепловой обработки и охлаждения изделия, процессы сорбции и диффузии, изучены недостаточно полно и не нашли отражения в предложенных методах расчета скорости охлаждения отформованного изделия.

11 с этим ира'-тпж'скпс результаты шю1да значи­

Тельно отличаются от теоретпчояких расчетов. Этим подтверждаете^ также и то, что процесс формования шачптелыю сложт-r, .тг-м, щ кажется на и.-рр. ыи взгляд.

В табл. 13 117J привечены прполи. нпельные iuopeiii - чеекпе сроки охлажд» пин блок» пенополпстпрола в точках, находящихся па различном расстоянии от по - верхпестн формы. Начальная температур» блока 11 СИЛ объемный вес 16 кг/м9", охтаждающий агент — вода с температурой 20°С.

Как в идя i о из таблицы, высокая температура в центре блока сохраняется длительное время, однако практиче­ски п£т необходимости охлаждать изделие на всю тол­щину - - оно может быть удалено из формы после того, как наружные слон, охлаждающиеся быстрее, приобре­тут достаточною прочность и могут выдержать давле­ние центральной части, имеющей более высокую темпе­ратуру

Экспериментальные кривые, характеризующие зави­симость скорости охлаждения периферийной и централь - поп частей блока самозатухающего пенополпстпрола ПСБ-С от способа охлаждеппя, приведены на рис. 8.

Опьггаым путем установлено, что блоки, осаждаемые водой, могут быть изъяты из формы через L0—12 мин, а охлаждаемые па воздухе, - через 25—30 мин. Прежде­временнее извлечение ведет к появлению трещин па плоскости блока шириной до 10 мм и глубиной 30 -10 мм.

В промышленности применяют различные способы охлаждения отформованных изделии: воздушное естест-

Hvniioc или с побуждением, водяное, вакуумное н ваку - 5 :шо-водяное. Наиболее эффективным является способ охлаждения с применением вакуума, дающий ряд серь­езных преимуществ: значительно повышается скорость охлаждения, так как изделие имеет хороший контакт с охлаждающей поверхностью, улучшающий условия теп­лопередачи; уменьшается опасность усадки изделии пс - чополистирола с низким объемным весом, так как изде­лие до полного охлаждения остается прижатым к стен­кам формы; снижается влажность готового изделия благодаря отсосу свободной влаги при вакуумнровапии.

Рис 8. Кинетика снижения температуры блока пе - пополистирола ПСБ-С толщиной 150 мм прп ох­лаждении водой и воздухом, имеющими темпера­туру Ы'С

1 — в центре блока при охлаждении воздухом: 2 го же, водой; 3 — Чм поверхности блока при охлаждении вочдухом; 4 — то же, водой

Практически длительность охлаждения водой состав­ляет 1 2 мин па 1 см толщины изделия. При примене­нии вакуумно-водяного охлаждения скорее! ь охлажде­ния возрастает на 10—15%.

Ранее отмечалось, что молекулярный вес полимера определяет прочностные и реологические свойства пено­полистпрола. Эта зависимость, однако, справедлива лишь прп условии хорошего сплавления iранул в про н. ессе формования пенопласта При недостаычцом сплавлении разрушение материала, особенно прп рас­тяжении и сдвиг е, происходит в виновном по плоско­стям соприкосновения гранул, и прочностные свойства полимерной основы в полной мере не используются. Полнота и качество сплавления при одинаковых свойст­вах гранул зависят от температуры формования. Для каждого объемного веса пенополистпрола при прочих равных условиях должны быть установлены оптималь­ная температура пара и длительность тепловой обра­ботки Снижение температуры и продолжительности обработки паром приводит к недостаточному вспенива­нию и став тению, большой пористости и, следователь­но низкой прочности пспополнстпрола. От пористости пенопласта зависят водопоглощение и воздухопроницае­мость. Наоборот, слишком высокая температура и удли­нение периода подачи пара приводят к перевспениванию, нарушению структуры, большому градиенту плотности в направлении подачи пара, снижению прочности и боль­шой влажности педапласта вследствие поглощения воды прп охлаждении (рис. 9).

Особенно тщательно следует подбирать параметры пара и технологических режимов при формовании пено­пластов с низким и высоким объемным весом, так как при низком объемном - весе возможна усадка во время охлаждения, прп высоком возможно недостаточное вспе­нивание средней части изделия. Последнее обстоятель­ство объясняется тем, что iранулы с более высоким
насыпным весом прн нагревании паром повышенного давления начинают быстро расширяться у стенок фор­мы, и образовавшийся плотный слой пенопласта затруд­няет доступ пара к центру изделия.

С повышением объемного веса пенополистирола и тем­пературы формования градиент плотности по сечению блэка оаетет. На рис 10 приведены кривые распределе-

Чшя плотнюсти в блохах, вспененных в форме размером 1500Sf 400X80 мм по режимам, показанным в табл. 14. Более высокий объемный вес пенополистирола в нижней части блоков по сравнению с верхней объясняется тем, что на дно формы при запол­нении попадает большее коли­чество м>елких гранул.

Плотность материала у по­верхности изделия обычно вы­ше, чем в середине, так как при охлаждении формы давле­ние газов в ячейках перифе­рийных слоев пенопласта бы­стро падает, а сопротивление этих кюев сжатию резко сни­жается, в то время как в се­
редине изделия давление и течение длительного време - ни остается еще достаточно высоким. Это приводит к уплотнению периферийных слоев и снижению плотности средней части изделия.

Во время формования пепопплпетирол увлажняется, а в его ячейках, так же как и в ячейках предварительно вспененных гранул, при охлаждении создается разреже­ние, тем большее, чем ниже объемный вес пенополистп­рола. Поэтому сразу после формования иеноиолистирол, особенно с низким объемным весом, 'имеет пониженные механические свойства и должен подвергнуться сушке 'и кондиционированию. В процессе кондиционирования в ячейки проникает воздух, и давление в них становится равным атмосферному, вследствие чего физико-механи­ческие свойства пенопласта улучшаются.