Сущность процесса формования изделий из пенополистирола заключается в тепловой обработке предварительно вспененных гранул, помещенных в замкнутый объем (например, форму), в результате которой они дополнительно расширяются и сплавляются между собой, образуя изделие. Под тепловой обработкой понимается нагрев гранул тем пли иным способом до высокоэластического состояния полимерной основы. При повышении температуры увеличивается давление находящихся в ячейках гранул воздуха и паров вспенивающего агента, что влечет за собой расширение гранул, а затем в форме развивается давление, способствующее сплавлению между собой гранул. Вследствие сплавления гранул образуется гомогенная масса с равномерной ячеистой структурой. Масса затвердевает после охлаждения, сохраняя неизменной ячеистую структуру и конфигурацию, соответствующую конфигурации формы.
Способы окончательного вспенивания. В качестве теплоносителя, используемого при формовании пенополистирола, могут служить горячая вода, водяной пар или токи высокой частоты.
Метод формования пенополистирола в горячей воде является наиболее простым, однако он пригоден в основном для изготовления сравнительно тонкостенных изделий. Такой метод рекомендуется при вспенивании образцов пенопласта в лабораторных условиях и в мелкосерийном производстве малогабаритных изделий.
Токи высокой частоты за последние годы все чаще используют в массовом производстве специальных изделий из пенополистирола, средств упаковки, теплоизоляции бытовых холодильников, а также при формовании пенополистирола в полости замкнутых конструкций и изделий (например, дверей с деревянной рамкой). Следует отмстить, что вспенивание при нагреве ТВЧ производится паром, получаемым в результате испарения влаги, имеющейся на поверхности гранул, специально увлажняемых перед засыпкой в форму или полость изделия.
В силу ряда причин этот, казалось бы прогрессивный, способ не получил пока широкого распространения; В частности, его почти не применяют при производстве пенополистирола для строительных целей. К недостаткам данного способа относятся сложность оборудования, большие начальные затраты денежных средств, высокая себестоимость готовой продукции, необходимость обслуживания установки высококвалифицированными специалистами, трудность вспенивания изделий толщиной более 100 мми изделий сложной конфигурации.
Положительными сторонами способа вспенивания ТВЧ являются возможность получения изделий из пенопласта, не требующих сушки, простота приформовывания к элементам изделий или вспенивания в полости полностью замкнутых конструкций, наготовленных из материалов, не выдерживающих воздействия пара и воды.
Как и при предварительном вспенивании, водяной пар оказался наиболее экономичным и удобным теплоносителем при окончательном вспенивании.
Существуют два основных метода изготовления пенополистирола с использованием в качестве теплоносителя водяного пара: автоклавный и метод «теплового удара».
При вспенивании по автоклавному методу в автоклаве или другом сосуде в результате введения теплоносителя (пара) создается давление, действующее на находящиеся в форме гранулы равномерно со всех сторон. Вследствие этого воздух, находящийся в межгранульных промежутках, долго там держится и препятствует нагреву гранул. Поэтому вначале сплавляется небольшой слой у стенок формы, а затем в основном за счет теплопроводности пенопласта, которая у этого материала, как известно, очень низка, нагревается средний слой.
При вспенивании по методу «теплового удара» все гранулы, участвующие в формовании, подвергаются воздействию потока пара, быстро вытесняющего воздух из межгранульных промежутков, и поэтому одновременно и равномерно нагреваются, расширяются и сплавляются в течение очень короткого времени. При этом обеспечиваются одинаковые температурно-влажностные условия формования, хорошее сплавление гранул и как следствие получается пенопласт с более высокими физико-механическими свойствами.
При автоклавном 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 способе 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 полистирола, которое в зависимости от объемного веса изделии колеблется от 0,5 до 1.5 ат. В массовом производстве одинаковых изделий по автоклавному способу, например плоских прямоугольных плит, формы с целью экономии металла и снижения веса делают из тонкою металлического листа. 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 пенополистерола 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 распалубливают. Изделия, имеющие довольно высокую влажность (30—35% по весу), сушат в специальных сушилках при температуре 30—40°С в течение 5—6 ч пли 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.
|
