Беспрессовый метод получения пенопластов
'По беспрессовому методу получают иллнс; п; тльпые и поливинилхлоридные пеноизделия.
Полнстирольные пенопласты получаю: н. /гаи - суспензионного полистирола. Полимеризация айрола па в'.даси в присутствии углеводорода (изопеитапа!. растя»-ними:■> в стироле и нерастворимого в полистироле. При прев; .п. е. п=: капелек мономера в полимер изопентан выделяется в виде с:, чистительной фазы. Поэтому в образующемся бисере по, о айрола появляются вкрапления равномерно распределенных к. д.слек изо - центана. Получение пеноизделнй состойi в предварительном вспенивании бисерного полистирола и окончательном неленива 1 иин и спекании полученных предвспененных гранхл и формах.
Поливинилхлоридные пенопласты получают из композиций на основе поливинилхлорида, в состав которых шкже входят перхлорвиниловая смола, метнлмегакрила г. порофор 4X11-57 н карбонат аммония. Композиции получаю: путем смешения ингредиентов в лопастном смесителе и далее экстр).iiipvioi в хо лодком состоянии в ленту, нарезаемую на илааины. Плаанны поступают в реактор полимеризации метнлхнмикрп. кыа в жид кон среде. Полученные заготовки вспепивакн и»> веш-лнаые. тях 'Технологическая схема получения иолист иродьны ьеноплас той по беспрессовому методу состоит из стадии предвари и-лыюго вспенивания бисера, вылеживания предвари. ельни вспененных ' гранул, окончательного вспенивания и спекания предвенеиетю г ' го бисера в монолитную массу пенопласта.
Предварительное вспенивание осуществляется с помощью нагревания бисера полимера паром, водой или воздухом до температуры. превышающей 7 полистирола, обычно до На 110“С. При нагревании изопентан, содержащийся в мнкронорах бисера, испаряется и расширяет размягченный термоплаа, увеличивая объем массы в 20—30 раз. Кроме того, допил ни юлыюе расширение достигается за счет проникновения водяного пара или нагретого воздуха в ячейки бисера. В результате объем гранул увеличивается в 40—50 раз.
Предварительное вспенивание проводится в аппаратах как периодического,'так и непрерывного действия.
К |
На рис. 12.6 показан вепеннватель периодического действия, о котором вспенивание осуществляется водяным паром. Агшара: представляет собой цилиндрический сосуд с мешалкой. Исходный материал загружают партиями, а предварительно вспенен. ный материал также партиями выгружают из предвспенинателя.
Piic. 12.6 Схема вспеннмателн е вертикальной мешалкой:
1 — OyHKtfi* для бисера: Я — стенка импзртц; л ли пасти моталки; 4 — перфорированное лис аппарата. парпааи камера: ь - пылод коиденса-
та; Г — >.'!ект!»()лингатель; Я - пругкн: 9 ииход И р. еде с пеасяно го бисера
Пар подводится снизу через дно, снабженное перфорацией, либо через нал и лопасти мешалки. Температура должна поддерживаться около 105 °С, что достигается при давлении насыщенного пара 0,12 МПа, Конденсационная вода удаляется через водяную ловушку, установленную непосредственно перед предвспенива тел ем. С помощью мешалки поддерживается движение частиц, обеспечивается равномерный подвод пара н предотвращается слипание частиц. Последнее достигается также с помощью приваренных внутри прутков, препятствующих образованию комков.
При автоматизации процесса время обогрева контролируется по часам, с помощью фотоэлемента, срабатывающего по достижении предварительно вспененным материалом определенной высоты, или по температуре. Для контроля давления пара устанавливается манометр на каждом паропроводе перед предвспе - шшателем и па самом аппарате, а для дополнительного контроля температуры в предвспенивателе — термометр.
Предварительное вспенивание можно проводить в водяных ваннах, обогреваемых паром, поступающим в расположенный на дне ванны змеевик. Бнсер загружают в ящики с сетчатым дном и опускают в поду, нагретую до 95—99 °С. После выдержки ящики извлекают нз воды и гранулы помещают на стеллажи для вылеживания па воздухе, Способ малопроизводителен и применяется в условиях мелкосерийного производства.
Непрерывные методы предварительного вспенивания более высокопроизводительны, чем периодические. Па рис. 12.7 показа г, шнековый аппарат непрерывного действия для предварительного вспенивания горячей водой. Бисер полистирола непрерывно поступает из бункера в водяную ванну, в которой перемещается шнеком, на 2/3 погруженным в горячую воду, обогреваемую паром до определенной температуры. В зависимости от времени пребывания бисера в ванне достигается необходимая насыпная плотность предвспененных гранул. В связи с относительно низкой температурой теплоносителя (до 100°С) этот процесс протекает медленнее, чем предварительное вспенивание паром.
Аппараты для непрерывного вспенивании могут иметь и другие конструкции.
Вылеживание предвспененных гранул осуществляется на стеллажах или в специальных бункерах с коническим днищем. Температура вылеживания 20—25 3С, продолжительность не более 2-1 ч. Необходимость этой операции вызывается следующими причинами:
при охлаждении предвспененных гранул изопеитан конденсируется, создавая в порах вакуум, что уменьшает прочность гранул;
при вспенивании в гранулы диффундирует воздух, давление н них и снаружи выравнивается и гранулы становятся более прочными;
при вылеживании гранулы подсыхают, что улучшает прочность пеноизделий.
Окончательное вспенивание н одновременное оформление изделии осуществляют на оборудовании периодического или непрерывного действия. Формование проводится следующими методами; в горячей воде, автоклавным методом, методом теплового удара, токами высокой частоты.
При формовании в горячей воде подвснененные гранулы засыпают в формы, которые опускают в ванны с горячей водой (96- 99°С) на б—25 мин (в зависимости от конструкции формы), после чего формы охлаждают холодной водой. Этим методом получают изделия с кажущейся плотностью выше 40 кг/м1. Метод малопроизводителен и связан с большими затратами ручного труда.
При автоклавном формовании предварительно вспененный бисер полистирола загружают в перфорированные сборные формы из алюминия, дуралюмнна или нержавеющей стали, смазанные мыльной эмульсией во избежание прилипания плит к формам. Формы помещают на вагонетки, сверху на них кладут стальную раму, стянутую с вагонеткой стяжками на болтах. Вагонетки подают в автоклав, герметично закрывают и подают острый пар давлением 0,1—0.15 МПа. Формование ПСБ проис-
Рас. 12.7. Схема шнекового вспенивателя непрерывного действия: ; —расходный бак; 2 — червяк; 3 — барботср ДЛЯ подогрела воды паром |
ходит при 100—ИГ)“С з течение '25 -35 мин, ПСБ-С— при 95— 107 °С 40—50 мин. После выдержки давление в автоклаве снимают и выкатывают вагонетки с формами для охлаждения на воздухе. Формы разбирают и извлекают готовые плиты.
Недостатками автоклавного метода являются большая продолжительность процесса н неравномерная плотность полученных илиг. обусловленная перепадом температур в автоклаве по его диаметр) и длине. С равномерной плотностью удается получать плиты не более 100 мм по толщине. Кроме того, автоклавный процесс трудно контролируется, требует значительных затрат ручного труда, большого расхода пара п громоздкого оборудования.
Метод теплового удара реализуется по периодической и непрерывной технологии. При периодической схеме перегретый, водяной пар с температурой 105—110‘С вводится непосредственно в форму, наполненную предвспенеиными гранулами. Продолжительность формования плит толщиной 100—120 мм составляет 1 — 1,5 мин. После формования готовые блоки выдерживаю-1. в течение 24 ч на стеллажах и поддонах.
При непрерывной технологии формование блоков проводят на специальных формовочных машинах. Одна из конструкций таких машин представляет собой канал, образованный двумя движущимися (верхней и нижней) перфорированными лентами и неподвижными боковыми стенками. На лепту подают пред - аспененпые гранулы и по мере прохождения формующей секции их обрабатывают острым паром при 98—120°С. За формующей секцией следует секция охлаждения и отсоса влаги, снабженная вентиляторами. После охлаждения движущееся полотно пенопласта проходит через систему вращающихся прнкаточиых валиков и поступает на обрезку.
Достоинствами метода теплового удара являются высокая производительность, возможность механизации и автоматизации процесса, высокое качество получаемых изделий. Метод применяется как для массового, так н для мелкосерийного производства не только плит и блоков, но и сложных по конфигурации изделий различного назначения (для средств упаковки, моделей для литья металлов и т. д.).
Формование токами высокой частоты является одним из наиболее эффективных методов получения пеноизделий из пред - вспененных гранул. Разогрев полимера в высокочастотном электрическом переменном поле, как известно, обусловлен выделением тепла за счет колебательного движения сегментов н групп молекул. Интенсивность тепловыделения тем выше, чем больше диэлектрическая проницаемость вещества е и тангенс угла диэлектрических потерь tg<5, а так как пеиололистнрол имеет низкие значения этих параметров (е — 1,04 и tg6 = 0,0002), то гранулы предвспененного полимера смачивают водой (для воды к = 80, Lg6 =0,03) или слабым раствором NaCI (например, для 0,6%-иого йодного раствора NaCI г— 78 и tgft -2400). За смет такой обработки гранул иптеисификаторами нагрева редко увс личивается эффективность тепловыделения и вода переходит в пар. который и вспенивает гранулы. Формование пеноизделий происходит в специальной высокочастотной камере в течение 2 3 мин при!00сС. При этом происходит равномерный по гол - щине прогрев материала, что обеспечивает получение плит с одинаковой кажущейся плотностью по всему объему.
Производство пенопласта ПВ-1. Технологическая схема получения поливинилхлоридного плиточного пенопласта ПВ-1 состоит в приготовлении пастообразной композиции из ПВХ. иер - хлорвиниловой смолы, метплметакрилата и газообразовате - лей — порофора ЧХЗ-57 и карбоната аммония. Полученная формовочная масса способна экструдироваться в холодном состоянии в ленту, нарезаемую затем на пластины. Пластины поступают па операцию полимеризации мегил метакрилата в жидкой среде при невысокой температуре - около 50°С, Степень разложения порофора ЧХЗ-57 при этой гемпературе относительно невысока, поэтому продолжительность операции составляет около 20 ч. Полученные заготовки поступают на вспенивание, которое осуществляется во вспепивателях. Полученный пенопласт представляет собой вспененную полимерную смесь пол ивин ил хлор и да и пол и м ет ил м ста к р ил эта.
Преимуществом данного метода перед прессовым является исключение операции прессования заготовок, что позволяет уменьшить число обслуживающего персонала и в большей степени механизировать и автоматизировать производственный процесс.
Пенопласт ПВ-1 выпускается в виде плит размером 400Х X 400X35 и G50X650X55 мм с кажущейся плотностью от 65 до 360 кг/м3. В табл. 12.6 приведены рецептуры пенопласта ПВ-1 для разных кажущихся плотностей.
Основу композиции составляет низковязкий эмульсионный поливинилхлорид, обладающий хорошими иастообразующнми
Таблица 12.6. Рецептуры поливинилхлоридного пенопласта ПВ-1 (масс. ч. ни 100 масс. ч. ПВХ)
|
‘свойствами. Псрхлорвиииловая смола и метнлметакрилат вводит для придания смеси такой консистенции, чтоб она была способна экструдироваться в лепту. Кроме того, нерхлорвиии - ловая смола улучшает некоторые эксплуатационные свойства готового пенопласта, в частности теплостойкость, механическую прочность, рэвноиористость. Г н аоо б р а зо в а тел е м служит карбонат аммония, основное назначение порофора ЧХЗ-57 — инициирование полимеризации ММ Л. Мел улучшает механическую прочность пенопласта и снижает его стоимость.
Технологический процесс получения пенопласта Г1В-1 включает шесть основных операций: приготовление композиции, приготовление клеевого раствора, получение формовочной массы, формование заготовок, полимеризацию и вспенивание.
Приготовление композиции заключается в смешении поливинилхлорида с газообразователя. чн в шаровой мельнице. Из общего количества ПВХ. которое требуется по рецептуре на получение ПВ-1, на приготовление композиции расходуется 60% полимера, остальное количество вводится в смесь на стадии приготовления формовочной массы. Компоненты диспергируются с помощью фарфоровых шаров диаметром 50 мм. отношение массы смеси к массе шаров 1:2 (2,5). Продолжительность операции около 4 ч при температуре не выше 35 °С.
Получение клеевого раствора перхлорвиниловой смолы в мо - тилметакрилате проводится в реакторе с мешалкой. Сначала и метилметакрнлатс растворяют порофор, затем — нерхлорвиии - ловую смолу. Температуру поддерживают не выше 15 °С.
Приготовление формовочной массы заключается в смешении в лопастном смесителе с Z-образными лопастями горизонтального типа композиции и клеевого раствора с остатком ПВХ. не пошедшим на приготовление композиции. Массу перемешивают около 20 мин при температуре не выше 35“С.
Формование заготовок осуществляют на экструдере при температуре цилиндра пе выше 15°С. Высоковязкую формовочную массу загружают в цилиндр машины с помощью пресса-пита - тсля. Выходящая из головки машины лента шириной 320 мм режется автоматическим ножом на квадратные заготовки толщиной 20 мм, которые отправляются на полимеризацию.
Полимеризацию проводят в автоклавах. Заготовки помещают на полки-этажерки (100 заготовок), которые с помощью тельфера загружают через люк в автоклав. Люк закрывается, обеспечивая полную герметизацию аппарата. В автоклав насосом подается 70%-пый водный раствор глицерина (можно использовать и другую жидкость, например триэтаноламин). Раствор непрерывно циркулирует по кольцу автоклав — насос — теплообменник, поддерживая температуру в автоклаве на уровне 40 • 45 °С. Метнлметакрилат, входящий в состав заготовок, под дей - сгнием порофора полимернзуется. Продолжительность операции составляет около 20 ч.
Вспенивание заготовок проводится путем их нагревания до 100—125“С. При этой температуре поливинилхлорид и полиметилметакрилат переходят в высокоэластическое состояние и вспениваются под действием газов, выделяющихся при разложении карбоната аммония. Заготовки укладывают на металлические рамки кассеты, кассеты устанавливают в камеры, снабженные электронагревателями, в которых и происходит вспенивание. Продолжительность операции около 5 ч.
Готовые плиты пенопласта поступают на обрезку облоя на циркульной пиле.
Возможные дефекты при получении поливинилхлоридного пенопласта -- это непровспенениые углы в плитах, неоднородная структура материала (влажный и грубоднсперспый карбонат аммония), возможные расслоения из-за нарушения температурного режима вспенивания.