Технология производства пенополистирола: от сырья до готовой продукции

Технология производства пенопласта (пенополистирола) должна быть внимательно рассмотрена и изучена. Это позволит понять, где лучше и эффективнее всего применять этот материал, в каких случаях он будет наиболее эффективно выполнять поставленные задачи.

Что такое пенопласт?

chto takoe penoplast

Пенопласт является современным материалом. Его особенность состоит в том, что он производится по особой технологии, которая предполагает наполнение газом пористой основы.

Применяется пенопласт затем в самых различных сферах:

Строительство.
Ремонт и отделка (утепление).
Промышленность.
Конструирование.
Наполнение емкостей (защита посылок от повреждения).

Из пенопласта также можно изготовить различные декоративные элементы. В бытовых условиях пенопласт применяется в качестве герметика или строительного лака. Прежде чем перейти к подробному рассмотрению процесса производства, нужно перечислить преимущества, которыми обладает этот материал. Это позволит установить, почему он пользуется популярностью и востребован в разных сферах.

Плюсы пенопласта:

Низкие показатели теплопроводности.
Звуконепроницаемость.
Экологическая чистота.
Безопасность для здоровья человека и животных.
Легкость материала.
Устойчивость к процессам деформации.
Стойкость к перепадам температур.

Также фиксируется и то, что пенопласт устойчив к слабым растворам кислот, щелочей, солей. Не боится он воздействия микроорганизмов или же грызунов.

Основной метод, который используется для производства материала, был создан еще в 1928 году. Он подвергался доработкам и усовершенствованию, но сохранил основные параметры.

Метод изготовления материала

Для того чтобы понять, как производится пенопласт, нужно сначала рассмотреть, какие элементы и оборудование для этого требуются. Основная линия по изготовлению включает в себя следующие участки:

Хранение сырья.
Проверка сырья.
Установка для вспенивания.
Контейнер для вылеживания массы.
Оборудование для формирования блоков.
Устройство для резки.
Участок для хранения готовой продукции.

Также требуется установка для переработки производственных отходов, чтобы изготовление считалось полностью экологически чистым. Теперь можно переходить к более подробному рассмотрению производственного процесса.

Первичное вспенивание

pervichnoe vspenivanie

На этом этапе производства в гранулах появляются ячейки. Они равномерно распределяются по структуре и затем заполняются парами. Форма ячеек - многогранники. Толщина стенки каждой ячейки не превышает значение в 0,005 мм. Размер составляет около 0,15 мм. Молекулы полистирола находятся в строго ориентированном состоянии. Это повышает устойчивость вспененных гранул к различным процессам.

На этом этапе необходимо обеспечить абсолютное заполнение объема формы. Это требуется для того чтобы пенопласт приобрел определенный объемный вес. Этот момент зависит от следующих параметров:

Продолжительность вспенивания.
Температуры процесса вспенивания.
Гранулометрического состава.
Молекулярного веса.

Гранулы полистирола до обработки имеют плотность 500-550 кг/м³. После прохождения этапа предварительного вспенивания их плотность составляет уже 15-50 кг/м³. Особенность метода состоит в том, что каждая партия полистирола вспенивается при определенной оптимальной температуре. Оптимальные показатели устанавливаются для баланса внешнего давления и давления, которое присутствует внутри гранул. Если увеличить продолжительность вспенивания, то объемный вес станет больше, а также образуется пористая структура. В результате гранулы могут разрушиться.

Расширение гранул происходит только в начале стадии первичного вспенивания. На следующем этапе основную работу проводит диффузия паров воды. Они проникают через стенки гранул полистирола. Если сильно повысить температурные показатели, то проницаемость стенок гранул немного снижается. В сравнении с диффузией паров проникновение паров в середину ячеек в этом случае происходит интенсивно.

Основная цель этого этапа заключается в том, что требуется снизить показатель количества изопентана, который присутствует в составе полистирола. Для того чтобы создать необходимое давление газа и получить изделие с показателями объемного веса в 25-30 кг/м³, потребуется 12-15% изопентана в составе. Нужно обратить внимание на тот момент, что в гранулах полистирола изопентана содержится не более 5%. При формовании пенопласта необходимый показатель давления достигается путем выдерживания сухих гранул. В результате проводимых мероприятий атмосферный воздух засасывается внутрь гранул. К этому времени внутри них уже образовался вакуум. Это произошло при конденсации.

Предварительное вспенивание может проводиться с помощью:

Водяного пара.
Горячей воды.
Токов высокой частоты.

В процессе полистирол нагревается до температуры 100-120 градусов. Объем гранул при этом увеличивается. Показатель составляет 40-50 раз. Зависит это от свойств исходного материала. Для этой процедуры используют различные вспениватели. Они могут быть непрерывного или периодического действия. Последний вариант оптимален, если объемы производства небольшие. В промышленных масштабах лучше всего применять водяной пар. В этом случае можно автоматизировать предварительное вспенивание. Гранулы увлажнятся незначительно. В результате необходимость сушки отсутствует, что экономит средства и время производства. Если применять токи высокой частоты, то процесс прохождения этапа значительно ускорится.

Формирование блоков

На следующем этапе производится формирование блоков, которые затем будут разделены на элементы, пригодные для использования по назначению. Для того чтобы осуществить последующее формование, необходимо наполнить форму гранулами на 65-70% от общего объема емкости. При повторном нагревании полистирол вновь станет мягким, вязким и текучим. В ячейках гранул создастся избыточное давление паров, воды и воздуха. В результате можно визуально наблюдать их увеличение. Гранулы пенополистирола уплотняются, деформируются, что и приводит к тому, что образуется форма многогранников.

Нужно обратить внимание на то, что в местах соприкосновения гранул происходит сваривание. В результате получается прочное монолитное изделие. Проводя вторичное вспенивание, на все стенки формы оказывается определенное давление. Показатель напрямую зависит от плотности пенопласта. Как только будет достигнут максимально возможный показатель, фиксируется момент окончательного формования. Затем важно произвести своевременную остановку процесса формования. Именно этот момент оказывает выраженное влияние на показатели качества пенопласта. В том случае, когда процесс формирования будет затянут, ячейки гранул могут разрушиться. Еще одна проблема выражается в том, что могут образоваться усадочные явления. В случае остановки процесса вторичного вспенивания раньше положенного срока, гранулы не достаточно хорошо сплавляются. Так происходит в результате низкого нагрева. В каждом из случаев можно будет наблюдать негативные изменения, которые могут отразиться на механических показателях или качестве изделия.

Разрезание блоков на плиты

razrezanie blokov na plity

Следующим этапом технологического процесса является резка материала на плиты. Процесс осуществляется с помощью специального комплекса установок. Разрезание может производиться по горизонтали и вертикали. Нужно указать на то, что основным режущим инструментом являются раскаленные стальные струны. Именно они эффективно формируют пенополистирольные плиты по заданным параметрам.

В 90% случаев процесс является полностью автоматизированным. Важно на этом этапе установить

Только температуру накаливания инструмента. Также нужно устанавливать оптимальную скорость движения и габариты готовых изделий. Эти параметры настраиваются вручную, руководствуясь информацией, которая присутствует, например, в плане. После проведения этапа нарезки плиты пенопласта отправляются на участок для хранения готовой продукции. Важно отметить, что после завершения процесса вторичного вспенивания и после охлаждения пенопласта в ячейках гранул создается вакуум.

Важно понимать, что пенопласт сопротивляется разнице давлений. Так происходит до того момента, пока воздух не наполнит ячейки. Затем готовое изделие должно пройти этап охлаждения до температурных показателей в 40-45 градусов. Охлаждение происходит непосредственно в формах. Только после полного прохождения этапа заготовки могут быть извлечены и направлены на нарезание.

Еще один момент, требующий особого внимания, касается того, что влага, которая была втянута внутрь гранул, повышает вес изделия и показатель его теплопроводности. Именно по этой причине пенопласт рекомендуется предварительно подсушить. Только потом с ним можно непосредственно работать.

Если требуется, чтобы пенопласт был плотностью более 10 кг/м³, достаточно одной стадии вспенивания полистирола. Давления воды и паров изопентана будет оптимальным в этом случае для того чтобы материал заполнил весь объем формы. Пенопласт уплотнится и произойдет процесс склеивания.

В технологии производства предусмотрена тепловая обработка суспензионного полистирола на двух стадиях или двукратное вспенивание. Допустимые расхождения обусловлены различиями оборудования. Использование разного оборудования объясняется конфигурацией изготавливаемых изделий и их плотностью. В 90% случаев пенопласт изготавливается непосредственно внутри строительных конструкций.

Основными достоинствами пенопласта являются его легкость крепления к различным поверхностям. Также отмечается простота механической обработки, быстрое склеивание с различными строительными материалами. Допускается возможность обработки ножом или ручной пилой, если проводятся, например, бытовые работы. Также преобразуется в сложные геометрические формы. Благодаря этим особенностям процесс нарезания заготовок проводится быстро.

Использование отходов

При изготовлении пенопласта и завершения последнего этапа его формирования в некоторых случаях образуется брак. Некоторые его элементы не подлежат вторичной переработке или не могут быть утилизированы. Такой непригодный для использования материал необходимо переработать, но делать это нужно на специальном устройстве с дробильными молоточками. Они в процессе использования вращаются, в результате чего и производится дробление цельной пенопластовой плиты на отдельные гранулы. После завершения этого этапа получившееся сырье через специальное устройство, которое называется пневмопочта, подается в бункер-накопитель. Из него уже оно поступает в формирующие блоки.

При изготовлении экструдированного пенополистирола (вида пенопласта) дополнительно используется экструдер или экструдинг-пресс. Устройство представляет собой специальную машину, которая предназначается для придания формы пластичным материалам. Происходит это посредством продавливания через специальную экструзионную головку. В остальном схема изготовления пенопласта и обработки отходов будет идентична со стандартным материалом. В результате технология производства пенопласта (пенополистирола) является не слишком сложной, но позволяет получить универсальный вид материала, который можно использовать в самых разных целях. Материал демонстрирует, что он прочный и одновременно легкий. Пенопласт подходит, чтобы выполнять функцию утеплителя. Может стать основой для изделий и заготовок, поэтому материал применяют, например, когда требуется создать макет для последующей наглядной демонстрации во время презентации.