Производство утеплителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Технические требования

2. Сырье для производства пенополистирола

3. Технология производства

4. Способы получения

5. Методы испытания материала

6. Описание технологической схемы

7. Подбор основного оборудования

8. Охрана труда и окружающей среды

Список литератур



Введение

сырье пенополистирол технологический оборудование

Раскрываются негативные свойства наиболее широко используемого в строительстве жилья эконом-класса утеплителя - ПЕНОПОЛИСТИРОЛа. Развенчиваются мифы о необычайных свойствах этого материала. Бурное развитие химической промышленности совпало с эпохой "холодной войны". Для новых систем обороны и нападения понадобились адекватные тепло- и звукоизоляционные материалы. Им надлежало отличаться, в частности, экономичностью, простотой в изготовлении, удобством в применении, легкостью, низкой теплопроводностью. Заказ военных был успешно выполнен. Появились полимерные утеплители, в том числе ПЕНОПОЛИСТИРОЛ. Горячеформованный ПЕНОПОЛИСТИРОЛ (ГОСТ 15588-86) получил широкое распространение в строительной и упаковочной индустриях.

Пенополистирол (ППС) - газонаполненный ПЕНОПЛАСТ на основе полистирола (ПС). В современных производствах вспенивание ПС осуществляется в основном за счёт использования высококипящих жидкостей (изопентан, метиленхлорид и др ), которые вводят при полимеризации стирола (С), в полистирольный «бисер». При нагревании например в горячей воде, бисер вспенивается, образуя предвспененные гранулы, которые после сушки и вылёживания спекаются в объёмные блоки при температурах 140-170°С и давлениях 150-200 кгс/см2. Блоки затем режут на нужные размеры. В промышленности используется также экструзионный ПЕНОПОЛИСТИРОЛ с непрерывным методом получения (ППС). Не секрет, что война и комфорт -- "вещи несовместные". Поэтому когда материал доказал коммерческую ценность при массовом решении задач энергосбережения в гражданской сфере, полная информация о нем стала опасна для профильного бизнеса. Поэтому ПЕНОПЛАСТ, легкий и теплый на ощупь материал, состоящий на 98% состоит из воздуха, подаренный нам полвека назад химиками и названный ими ПЕНОПОЛИСТИРОЛом, широко используют при строительстве разных технологических зданий, жилых домов, панельные стены которых похожи на пирог с химической начинкой или с надетыми на стену из монолитного железобетона с наружной и внутренней стороны термоблоками из вспененного полистирола. Такой дом гордо называют «ТЕРМОДОМ». Для пропаганды использования ПЕНОПОЛИСТИРОЛа в строительстве ему присваивают множество мифов:

Теплоизоляторы по критерию теплопроводности. Большинство утеплителей из вспененных пластмасс, как правило, имеют коэффициент теплопроводности 0,035-0,048 Вт/(м·єС) при температуре 25°С. Отдельные производители заявляют, что этот показатель достигает значений 0,020 Вт/(м·єС) и даже 0,018 Вт/(м·єС). Но вспененным пластмассам присуще водопоглощение. Так гранулированный ПЕНОПОЛИСТИРОЛ, изготовленный беспресовым методом увеличивает свое водопоглощение до 350% по массе.

Зафиксированы случаи, когда плиты беспрессового ПЕНОПОЛИСТИРОЛа при эксплуатации покрытия с поврежденным гидроизоляционным ковром приобретают

влажность до 900%. Понятно, что при таком количестве поглощенной воды, ни о каком нормативном значении коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала и речи быть не может. ??В течение часа человек выделяет около 100 г влаги. Если это жилое помещение, то к этому количеству необходимо добавить влагу, появляющуюся при приготовлении пищи, стирке и т.д., в результате чего влажность увеличивается многократно. Поэтому для создания комфортного и здорового микроклимата наружные стены должны «дышать», что означает - обладать хорошей паропроницаемостью. Однако паропроницаемость абсолютно всех вспененных утеплительных материалов, применяемых в строительстве на порядок меньше, чем минераловатных и стекловолоконных утеплителей. Например, коэффициент паропроницания пенополиуретана и ПЕНОПОЛИСТИРОЛа равен приблизительно 0,05 мг/мчПа, в то время как у минераловатных изделий - 0,4-0,6 мг/мчПа. Поэтому, как показывают результаты исследований, проведенные франкфуртским Институтом строительной физики и ганноверским Институтом строительной техники, применение в качестве утеплителя ПЕНОПОЛИСТИРОЛьных плит уменьшает диффузию водяного пара через наружные стены в среднем на 55-57%.



1. Технические требования

Пенопласты являются стойкими материалами к атмосферным воздействиям.

Пенопласты ПС и ПХВ обладают очень высокой погодоустойчивостью и способны длительное время эксплуатироваться на открытом воздухе. В работах отечественных и зарубежных исследователей отмечается тенденция повышения прочностных характеристик пенопластов при длительном пребывании в естественных условиях.

Пенопласты хорошо противостоят процессам замораживания-оттаивания, обладают малым водопоглощением, высокой биостойкостью т.к. они водостойки и в их составе отсутствует питательная среда для грибков.

Обладая низким объемным весом (0,04-0,25 г/см3) и системой замкнутых пор, пенопласты ПС и ПХВ отличаются высокой плавучестью и водонепроницаемостью. При продолжительном (в течении нескольких лет) пребывании в воде пенопласты с закрытой ячеистой структурой, полученные прессовым методом, хорошо сохраняют первоначальную плавучесть. По плавучести и грузоподъемности в воде пенопласты ПС и ПХВ имеют существенные преимущества перед пробкой и, следовательно, могут с успехом ее заменять в рыбной промышленности и производстве спасательных средств.

Пенопласты ПС-1, ПС-4, ПХВ при действии влаги увлажняются незначительно. При использовании пенопластов во влажных и водных средах влаго- и водопоглощение вызывают изменение их размеров. Это приводит к искажению формы изделий или отслаиванию пенопластовых заполнителей от силового каркаса строительных конструкций. В этом смысле жесткие пенопласты ПС и ПХВ обладают несомненными преимуществами по сравнению с другими типами пенопластов, т.к. их деформируемость от увлажнения весьма незначительна.

ПСБ-15 -900х500х50 ГОСТ 15588-86

Плиты должны изготавливаться в соответствии с требованиями

настоящего стандарта и по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.

Для изготовления плит применяют вспенивающийся полистирол, содержащий порообразователь (изопентан или пентан) и остаточный мономер (стирол). Полистирол, применяемый для изготовления плит, должен удовлетворять требованиям нормативно-технической документации на указанный материал.

На поверхности плит не допускаются выпуклости или впадины длиной более 50 мм, шириной более 3 мм и высотой (глубиной) более 5 мм. В плитах допускается притупленность ребер и углов глубиной не более 10 мм от вершины прямого угла и скосы по сторонам притупленных углов длиной не более 80 мм.

Плиты должны иметь правильную геометрическую форму. Отклонение от плоскостности грани плиты не должно быть более 3 мм на 500 мм длины грани. Разность диагоналей не должна превышать, мм:

для плит длиной до 1000 ...............................5

свыше 1000 до 2000 .....................7

свыше 2000............................13

При несоответствии плит хотя бы одному из требований для данной марки, кроме плотности, они должны быть отнесены к марке с меньшей плотностью.

Показатели физико-механических свойств плит должны соответствовать нормам, указанным в таблице.



Наименование показателя	Норма для плит марок
	высшей категории качества	первой категории качества
	15	25	35	50	15	25	35	50
Плотность, кг/куб.м	До 15	От 15,1 до 25,0	От 25,1 до 35,0	От 35,1 до 50,0	До 15,0	От 15,1 до 25,0	От 25,1 до 35,0	От 35 до 50,0
Прочность на сжатие при 10% линейной деформации, МПа, не менее	0,05	0,10	0,16	0,20	0,04	0,08	0,14	0,16
Предел прочности при изгибе, МПа, не менее	0,07	0,18	0,25	0,35	0,06	0,16	0,20	0,30
Теплопроводность в сухом состоянии при (25±5)С, Вт/(м·К), не боле	0,042	0,039	0,037	0,040	0,043	0,041	0,038	0,041
Время самостоятельного горения плит типа ПСБ-С, с, не более	4	4
Влажность, %, не более	12	12
Водопоглощение за 24 ч, % по объему, не более	3,0	2,0	2,0	1,8	4,0	3,0	2,0	2,0

2. Сырье для производства пенополистирола

1.СТИРОЛ

СТИРОЛ (винилбензол, фенилэтилен) - непредельный, ароматический углеводород, С6Н5СН=СН2 -бесцветная жидкость со специфическим запахом, плотностью 0,906 г/см3, температура кипения 145,2єС. Стирол-мономер применяется в производстве полистирола (в т.ч. ударного полистирола и ПЕНОПОЛИСТИРОЛа), АБС-пластиков, бута-диен-стирольных каучуков, термоэластопластов, сополимеров с акрилонитрилом, винилхлоридом; сополимеры с дивинилбензолом - сырье для ионообменных смол; реакционноспособный растворитель полиэфирных смол, модификатор алкидных смол. Вызывает раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, головную боль, расстройство центральной и вегетативной нервной системы. Предельно допустимая концентрация - 5 мг/м3 (предельная концепция), и 0,002 мг/м3 (линейная концепция). Стирол отрицательно воздействует на кровь человека, вызывая лейкоз, отрицательно действует на печень, может вызвать токсический гепатит.

Особая опасность стирола состоит в том, что он обладает эмбриогенным действием, то есть при длительном воздействии вызывает уродство эмбриона в чреве матери (см. работы профессора Бокова А.Н., в трудах кафедры гигиены и токсикологии полимерных материалов Ростовского мединститута). Известный факт: большинство молодых женщин, живших на БАМе в передвижных домиках (а их утепляли именно ПЕНОПОЛИСТИРОЛом), потеряли способность к рождению детей. А в Белоруссии в домах, с аналогичным утеплителем дети до 14 лет болеют в пять- шесть раз чаще, чем в обычных домах. Кроме того, стирол обладает ещё одним опаснейшим свойством - высоким коэффициентом кумулятивности (накапливаемости), то есть ярко выраженной способностью накапливаться (концентрироваться) в организме человека. В доказательство приведём таблицу коэффициентов кумулятивности ряда вредных веществ выделяющихся из полимерных строительных материалов.Коэффициенты кумулятивности ряда вредных веществ: Вещество Коэффициент Кумулятивности

Оксид углерода 0,1195? Диоксид азота 0,1760?

Фенол 0,2815? Формальдегид 0,5750?

Бензол 0,6330? СТИРОЛ 0,7005????

Таким образом, даже при содержании стирола в воздухе помещений на уровне ПДКсс (0,002 мг/м3) он будет оказывать сильное токсическое действие на организм человека за счёт кумуляции (накопления).

2.ПОЛИСТИРОЛ

Полистирол -- продукт полимеризации стирола (винилбензола), твердое, упругое, бесцветное вещество.

Это жесткий, аморфный полимер с невысокой механической прочностью при растяжении и изгибе. Полистирол имеет низкую плотность, термическую стойкость, обладает отличными диэлектрическими свойствами и весьма низкой прочностью при ударе. Он легко деформируется при относительно невысоких температурах (80єC).

Из полистирола получают пластические массы, которые широко применяют в электротехнической промышленности, для изготовления предметов бытового назначения (посуда, статуэтки, детские игрушки и т. д.), линз, облицовочных плиток и несъемной опалубки (термоблоков) для строительства и т.д.

3.ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ (ПДК)

Говоря о таком параметре, как ПДК необходимо упомянуть, что существуют две концепции оценки влияния вредных веществ на организм человека - пороговая и линейная. В пороговой концепции утверждается, что снижать концентрации вредных веществ нужно до некоторого уровня (порога), определяемого значением предельно-допустимой концентрации (ПДК). Малые концентрации (ниже уровня ПДК) вредных веществ безвредны. Этой концепции придерживаются в России и странах бывшего СССР. В линейной концепции предполагается, что вредное влияние на человека пропорционально (линейно) зависит от суммарного количества поглощенного вещества, то есть от произведения его концентрации на время. Отсюда вывод: Малые концентрации при длительном потреблении вредны. Этой концепции фактически придерживается ряд стран: США, ФРГ, Канада, Бельгия, Япония и некоторые другие. Переход к линейной концепции вынудит пересмотреть очень многие нормативы. Например, величина ПДК на сернистый ангидрид должна быть уменьшена в 6,2 раза, а на стирол - в 594 (!) раза. Столь низкое требуемое значение ПДК на стирол в помещении вызвано особыми свойствами стирола. Это вещество относится к конденсированным ароматическим соединениям, имеющим в своей молекуле одно или несколько бензольных ядер, и, подобно аналогичным веществам (бензол, бензпирен, безантрацен), имеет повышенные коммулятивные (накопительные) свойства: накапливается в печени и не выводится наружу.

При окислении стирола кислородом воздуха образуется бензальдегид и формальдегид. При высоких температурах (от 160°С и выше) ПЕНОПОЛИСТИРОЛ подвергается интенсивной термоокислительной деструкции разлагаясь в основном до высокотоксичного стирола, сильнейшим образом отравляя окружающую среду и людей, что и имеет место при пожарах в зданиях, утеплённых ППС.

Помимо этого, при пожарах ППС плавится и его плав горит, а температура горящего сплава ППС достигает 1100єС, что приводит к разрушению даже мощных металлических конструкций. Именно из-за высокой температуры горения ППС его используют как основной компонент в напалмовых бомбах, в том числе и для уничтожения бронетехники противника!!! Из-за этих свойств ППС его категорически запретили к применению как утеплителя в железнодорожных вагонах ещё более 15 лет назад. В работах НПО «ВНИИСТРОЙПОЛИМЕР» по санитарно-химической оценке различных строительных конструкций утеплённых ППС, проведённых в 70х..80х годах прошлого века было показано, что ни одна из представленных конструкций, не может быть применена в строительстве жилых зданий. Причиной этого было превышение реального содержания стирола в воздухе над значением ПДКсс. В 90х годах отрицательное заключение получил так называемый пенополистиролбетон, который предполагали заливать в полые конструкции. Превышение концентраций стирола в этом материале в 2-4 раза над уровнем ПДКсс.

3. Технология производства

Пенопластов марок ПС, ПМХС и ПДХС различается только видом применяемого сырья, рецептурами и технологическими параметрами получения.

Пенопласт ПС-1 изготовляют из полистирола и порофора ЧХЗ-57 (соответственно 100 и 2--5 вес. ч). Компоненты смешивают в шаровых мельницах емко­стью 1,5--4 м3 в течение 18--24 ч, после чего композицию просеивают на металлических ситах с размером отвер­стий от 2 до 0,25 мм. Прессование ведут на гидравличе­ских прессах Мощностью 1ЗД. '.'<)() щи 250 г (температура прессования от 140 до 170°С; удельное давление со­ставляет 150--200 кгс/см2)

Отпрессованные заготовки вспенивают в гидравличе­ских или формовочных камерах при 100--<105°С в среде насыщенного водяного пара. Конфигурация изделий пос­ле вспенивания зависит от профиля отпрессованных за­готовок (прямоугольные плиты, полусферы и т. д.).

Промышленность выпускает пенопласт ПС-1 главным образом в виде прямоугольных плит, которые легко под­даются обработке и склеиванию друг с другом, с метал­лами и другими материалами. Изделия из отпрессован­ных заготовок формуют методом направленного вспени­вания (или методом самоформования) Отпрессованную пластину накрывают крышкой с уплотнителем и закреп­ляют в ограничителе приспособления, внутренние разме­ры которого соответствуют размерам изделия. Формую­щее приспособление помещают в паровую камеру и по­вышают температуру в ней до 100°С. Создаваемое под крышкой давление ( 1,2 ат) вызывает деформацию за­готовки. Одновременно с (на­правленной деформацией за­готовки происходит ее вспени­вание. Получаемое изделие имеет конфигурацию ограни­чителя. Количество газаобразова- объемным весом (от 60 до Теля Dec. ч/Wo Вес ч полимер Жкг'м ,и выше) в зависимо­сти от количества вводимого в исходную смесь газообразователя (рис. 29). Пенопласт ПС-1 изготовляют в соответст­вии с СТУ 9-91-61 «Пенопласт плиточный марки ПС-1» в ви­де плит шириной 500 мм, дли­ной 1000-- 1200 мм и толщиной 40--70 мм. Пенопласт ПС-4 изготовляют на основе эмульси­онного полистирола и минеральных газообразователей: углекислого аммония NH4(C03)2 и бикарбоната натрия NaHCO, пг



Рис. 29. Зависимость объ­емного веса пенопластов на основе полистирола от со­держания газообразователей / -- порофор 18; 2 -- порофор 4X3-57; 3-- порофор ДАБ

Технологическая схема производства пенопласта ПС-4 аналогична рассмотренной выше. Отпрессованные заготовки вспенивают при 100--105°С в среде насыщенного водяного пара.

Пенопласт ПС-4 выпускают в виде прямоугольных плит размером до 1500X1500 мм, толщиной не менее 50 мм. Плиты пенопласта легко поддаются обработке и склеиваются друг с другом, с металлами и другими ма­териалами. В зависимости от количества газообразователя можно получать пенопласт ПС-4 объемным весом от 30 до 80 кг/м3.

Пенопласт ПС-4 изготовляют в соответствии с СТУ 9-92-61 «Пенопласт плиточный марки ПС-4» и ТУ М-678-56 «Пенопласт термоизоляционный марки ПС-4».

Пенопласт ПС-2 изготовляют по следующей ре­цептуре (в вес. ч.): эмульсионный полистирол 100, поро фор ДАБ 5-7. Температура прессования исходной смеси 155--165°С; удельное давление 150 кгс/см"1. Отпрессован­ные заготовки. вспенивают в среде насыщенного водяно­го пара или воздуха при 110--130°С. В зависимости от содержания газообразователя мож­но получить пенопласты с объемным весом от 100 кг/м3 И выше (рис. 29). Пенопласт можно выпускать в виде плит, легко поддающихся обработке и склеиванию друг с другом, с металлами и другими материалами, или другой формы. Пенопласт ПС-2 окрашен в оранжевый цвет вследствие наличия окрашенных остатков продуктов разложения газообразователя.

Пенопласт ПС-18 можно изготовить на основе эмульсионного полистирола (100 вес. ч.) и порофора 18 (5 вес. ч.). Температура прессования -- 160--170°С при удельном давлении 150 кгс см2. Заготовки вспенивают в среде насыщенного водяного пара при 100--105°С.

Пенопласт ПС-18 можно выпускать в виде плит и формованных изделий. В зависимости от количества газообразователя объемный вес ПС-18 составляет 30 кг/м3 И выше (см. рис. 29). Структура материала мелкоячеи­стая и равномерная. ПС-18 обладает специфическим за­пахом, обусловленным продуктами разложения иорофо - p. i 18. который с течением времени исчезает Цвет белый

Пенополистнрол ПС-254 изготовляют прессо­вым методом иа основе эмульсионного полистирола (100 вес. ч.) и порофора-254 (4--5 вес. ч.). Температура прессования--140--145°С при удельном давлении 150-- 100 кгс/см2. Заготовки вспенивают в среде насыщенного пара при 98--100°С. Объемный вес в зависимости от со­держания газообразователя составляет 100 кг/м3 и вы­ше. Цвет изделия -- белый с зеленоватым оттенком.

Пенопласты ПМХС и ПДХС получают прессовым методом на основе полимонохлорстирола и полиди - хлорстирола с применением в качестве газообразователя порофора ЧХЗ-57 (температура прессования 160--170°С при удельном давлении 150 кгс/см2). Заготовки вспени­вают в среде водяного пара при 98--100°С при наличии в композиции пластифицирующих добавок или в глице­рине при 130--140°С.

В рецептуру ПМХС для снижения горючести вводят небольшое добавочное количество антипиренов (напри­мер, т. рехокись сурьмы). Содержание хлора в полиди - хлорстироле вполне достаточно для получения негорю­чих пенопластов ПДХС и без антипиренов.

4. Способы получения

Известен способ получения плит из ППС, включающий подачу смеси полистирола со средней молекулярной массой (ММср) около 200000 с пластификатором стеаратом кальция и нуклеатором (зародышеобразователем) - тальком в экструдер, плавление смеси при температуре 200°C и давлении 140 атм, подачу в смеситель расплава полимера с добавками вспенивающего агента, перемешивание расплава полимера со вспенивающим агентом, охлаждение смеси до температуры вспенивания и экструзию пены через щелевую экструзионную головку при температуре 110-128°C [RU №2073693, М. кл.6 C08J 9/18, 1997]. В качестве вспенивающего агента используют смесь, содержащую не менее 85% 1,1-дифтор-1-хлорэтана с добавлением воды, алифатических углеводородов, возможно фторированных, двуокиси углерода (CO2) - не более 6%, и химических вспенивающих (порообразующих) веществ, например смеси бикарбоната натрия и борной кислоты. Получены пеноплиты с плотностью 16-40 г/л, и даже 40-80 г/л, у которых изменение размера ячеек в любом направлении не превышает 4%. Данные по значениям физико-механических и теплофизических свойств не приведены.

Известный способ позволяет перерабатывать полистирол определенной марки с достаточно узким молекулярно-массовым распределением. Кроме того, возможность получения экструзионным способом ППС с плотностью ниже 25 г/л проблематична на дату подачи заявки на указанный патент.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому способу является способ получения пенополистирольных плит с высоким сопротивлением сжатию, включающий стадии смешения полистирола с антипиреном, нуклеатором и другими добавками, подачи смеси в зону плавления экструдера, плавления смеси, смешения расплава со вспенивающим агентом, выбранным из группы, включающей фторуглероды (фреоны), двуокись углерода и их смеси, в зоне смешения, охлаждение смеси до температуры вспенивания и экструзию пенополистирола через плоскощелевую головку с формированием пеноплиты [RU №2167061, М.кл.7 B29C 67/20, 2001]. При этом на стадии плавления смеси поддерживают температуру 200-250°C, а перед экструзией смесь, содержащую вспенивающий агент, охлаждают до температуры 90-150°C; экструзия осуществляется при температуре 120-65°C.

Указанный способ позволяет перерабатывать в плиты полистирол с разными показателями текучести расплава (от 2,8 г/10 мин до 6,1 г/10 мин), т.е. с различной средневязкостной молекулярной массой и разным коэффициентом полидисперсности. Последний определяется как отношение значения средневесовой молекулярной массы Mw к значению среднечисленной молекулярной массы Mn полистирола. Возможность использования полистирола с различным молекулярно-массовым распределением существенно расширяет возможности способа. Полученные плиты имеют высокий показатель прочности на сжатие при 10% деформации - порядка 0,5 МПа, однако плотность полученных плит (55 кг/м3) слишком высока, что приводит к непроизводительным затратам полистирола.

Кроме того, указанный способ не позволяет получать ППС с низким коэффициентом теплопроводности.

Технический результат, достигаемый в заявляемом способе, заключается в снижении плотности получаемых плит при сохранении высокого сопротивления сжатию и улучшении теплоизолирующих свойств ППС.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения вспененных плит из полистирола с высоким сопротивлением сжатию путем смешения полистирола с нуклеатором и другими технологическими добавками, подачи смеси в зону плавления экструдера, плавления смеси, смешения расплава со вспенивающим агентом, выбранным из группы, включающей фторуглероды, двуокись углерода и их смеси, в зоне смешения, охлаждения смеси до температуры вспенивания и экструзии пенополистирола с формованием плиты поддерживают отношение удельной пропускной способности экструдера на стадии гомогенизации-охлаждения (Ko) к удельной пропускной способности экструдера на стадии плавления-смешения (Kc) равным Ko/Kc=30-37, а отношение количества подаваемого вспенивающего агента (в молях) к удельной пропускной способности экструдера Кс в пределах 0,07-0,2.

Под пропускной способностью экструдера мы понимаем отношение количества проходящего материального потока к скорости перемешивания (числу оборотов шнеков в минуту) в различных зонах экструдера.

В том случае, когда вспенивающий агент включает фторуглерод(ы), перерабатывают марки полистирола, имеющие отношение средневязкостной молекулярной массы (Mv) к коэффициенту полидисперсности (Mw/Mn) в пределах (75-115)Ч103.

Если в качестве вспенивающего агента используется двуокись углерода, перерабатывают марки полистирола, имеющие отношение Mv к Mw/Mn в пределах (45-70)Ч103.

На стадии плавления смеси полистирола с добавками поддерживают температуру 180-200°C; а на стадии гомогенизации-охлаждения смеси полистирола со вспенивающим агентом - 180-100°C.

Поддержание отношения пропускной способности экструдера на стадии гомогенизации-охлаждения к пропускной способности экструдера на стадии плавления-смешения в заданных пределах (при поддержании отношения количества подаваемого вспенивающего агента к удельной пропускной способности экструдера Kc в пределах 0,07-0,2) позволяет получить пенополистирол с однородной мелкопористой структурой, с равномерно распределенными газонаполненными ячейками, имеющими средний размер 50-200 мкм с коэффициентом анизотропии не менее 0,85.

В качестве полистирола использовался гомополистирол с различной молекулярной массой (ММ), например марки СТАЙРОВИТ® (ТУ 2214-001-11175949-2003) или другие марки по ГОСТ 20282-86. В случае использования в качестве вспенивающего агента фторуглеродов средневязкостная MM (Mv) полистирола была 175000-200000; в случае использования двуокиси углерода использовали полистирол с Mv, равной 130000-200000.

Загрузка может содержать до 25% масс вторичного полистирола, образовавшегося при оформлении торцов пеноплит в предыдущих циклах.

В качестве вспенивающего агента использовались дифторметан (фреон-22), 1,1,1,2-тетрафторэтан (фреон-134a), 1,1-дифтор-1-хлорэтан (фреон-142b) или их смеси; диоксид углерода в смеси со вспомогательным вспенивающим агентом, например с алифатическими углеводородами с длиной цепи C2-C7, алифатическими спиртами, кетонами, простыми эфирами или смесями указанных веществ.

В качестве нуклеатора использовались мелкодисперсные порошки талька, карбоната кальция, каолина, смеси лимонной кислоты и бикарбоната натрия, а также азодикарбонамид, азодиизобутиронитрил и др. Нуклеатор в количестве 0,05-5,0% масс смешивали с полистиролом.

Перерабатываемая смесь может содержать вещества, препятствующие горению (антипирены). В качестве антипирена обычно использовали гексабромциклододекан в количестве 1-5% масс, лучше 1,5-2,5% масс с синергетической добавкой. В качестве синергетической добавки может быть использован магний-алюминиевый гидротальцит, гидроксиды металлов, соединения фосфора, например фосфаты, фосфиты или их смеси и др.

В качестве технологической добавки, ослабляющей пропускание инфракрасного излучения через пенополистирольную плиту, в результате чего достигаются улучшенные теплоизолирующие свойства, могут быть использованы углеродная сажа, графит, диоксид титана и частицы металла, например алюминия, или их комбинации. Указанные добавки вводятся в количестве 0,6-6,0% от общей массы загрузки, предпочтительно после пластификации полимера и перед введением вспенивающего агента.

В случае использования в качестве вспенивающего агента фторуглеродов, в частности фреонов, наилучший результат получен с использованием 4,0-6,0% масс графита. Графит использовали в виде порошка с дисперсностью 5-20 мкм, его смешивали с полистиролом.

Указанные добавки окрашивают плиту в серый цвет. Однако могут быть использованы и другие красители, например фталоцианиновые, и в частности оранжевый краситель.

При получении ППС плит использовали также стабилизаторы термо- и светодеструкции. В качестве стабилизатора термо- и светодеструкции использовали, например, октадецил-3-(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)-пропионат или смесь трис-(2,4-дитретбутилфенил)фосфита с октадецил-3-3(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)пропионатом в количестве 0,05-0,1% масс от массы загрузки.

5. Методы испытания материала

1. Плитыперед изготовлением образцов для испытаний должны быть выдержаны не менее 3 чпри температуре (22 ± 5) °С. Испытанияобразцов проводят в помещении с температурой воздуха (22 ± 5) °С иотносительной влажностью (50 ± 5) % после предварительной выдержки их при этихже условиях не менее 5 ч.

2.Длину и ширину плит измеряют линейкой по ГОСТ 427-75 в трех местах: на расстоянии 50 мм от краяи посередине плиты. Погрешность измерения -- не более 1,0 мм. За длину иширину принимают среднее арифметическое значение измерений плиты.

3.Толщину плит измеряют штангенциркулем по ГОСТ166-80 в 8 местах на расстоянии 50 мм от боковых граней плиты: 4 точкипосередине длины и ширины плиты и 4 точки по углам плиты на расстоянии 50 мм отпересечения боковых граней. Погрешность измерения -- не более 0,1 мм. За толщинупринимают среднее арифметическое значение измерений плиты.

4. Для определенияразности диагоналей измеряют длины двух диагоналей на наибольшей грани плитырулеткой по ГОСТ 7502-80. За результатизмерения принимают значение разности диагоналей плиты.

5. Притупленностьребер и углов определяют измерительным инструментом с погрешностью не более 1,0мм.

6. Длину, ширину и высоту (глубину) выпуклостей или впадин плит измеряют двухстороннимштангенциркулем с глубиномером по ГОСТ 162-80.

7.Отклонение от плоскостности плит определяют путем приложения ребра линейки к грани плиты и измерения другой линейкой зазоров между поверхностью плиты и ребром приложенной линейки. За показатель неплоскостности поверхности плиты принимают наибольшую из измеренных величин зазоров.

8. Определение плотности метода заключается в определении массы единицы объема плиты.

8.1. Аппаратура

Весы с погрешностью не более 5 г.

Линейка по ГОСТ 427-75 для измерения длины и ширины.

Штангенциркуль по ГОСТ 166-80 для измерения толщины.

8.2. Проведение испытания

Плиты, отобранные по п. 3.5, взвешивают с погрешностью не более 0,5 %. Затем определяют геометрические размеры плит в соответствии с пп. 4.2 и 4.3.

8.3. Обработка результатов

Плотность плиты (r)вычисляют в килограммах на кубический метр по формуле

, (1)

где m -- масса плиты, кг;

V -- объем плиты, м3;

W -- влажность плиты, %.

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение всех определений, округленное до 0,1 кг/м3.

9. Определение влажности

Сущность метода заключается в определении разности массы образца до и после высушивания при заданной температуре.

9.1. Отбор образцов

Для определения влажности из плит, отобранных по п.3.5 выпиливают по три образца: один из середины и два на расстоянии 50 ммот края плиты. Размеры образца должны быть [(50 ґ 50 ґ50) ± 0,5] мм. Если толщина плиты, из которой изготавливают образцы, меньше 50мм, то высоту образца принимают равной толщине плиты.

9.2. Аппаратура

Весы с погрешностью не более 0,01 г.

Сушильный шкаф с температурой нагрева до 100 °С и обеспечивающий поддержание заданной температуры с погрешностью не более 2 °С. Эксикатор. Хлористый безводный кальций.

9.3. Проведение испытания

Образцы взвешивают с погрешностью не более 0,01 г, высушивают в сушильном шкафу при температуре (60 ± 2) °С в течение 3 ч, а затем охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием в течение 0,5 ч, после чего образцы взвешивают с той же погрешностью.

9.4. Обработка результатов

Влажность W образца в процентах вычисляют по формуле

, (2)

где m -- масса образца до высушивания, г;

m1 -- масса образца после высушивания, г.

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение параллельных определений влажности, округленное до 1,0 %.

10. Определение прочности на сжатие при 10 % линейной деформации

Сущность метода заключается в определении величины сжимающего усилия, вызывающего деформацию образца по толщине на 10 %при заданных условиях испытания.

10.1. Отбор образцов. Для определения прочности на сжатие при 10 % линейной деформации из плит, отобранных по п. 3.5, выпиливают по три образца размером [(50 ґ 50 ґ 50) ± 0,5] мм (один из середины и два на расстоянии 50 мм от края плиты). Если толщина плиты, из которой изготавливают образцы, меньше 50 мм, то высота образцов принимается равной толщине плиты.

Допускается использовать образцы, на которых определялась влажность плит.

10.2. Аппаратура

Испытательная машина, обеспечивающая измерение нагрузки с погрешностью, не превышающей 1 % от величины сжимающего усилия, и постоянную скорость нагружения образца (5-10)мм/мин. Испытательная машина должна иметь самоустанавливающуюся опору и систему измерения перемещений зажимов, обеспечивающую измерение деформации с погрешностью не более 0,2 мм. Металлическая линейка по ГОСТ 427-75.

10.3. Проведение испытания

Измеряют линейные размеры образца. Затем образец устанавливают на опорную плиту машины таким образом, чтобы сжимающее усилие действовало по оси образца. Нагружение образца проводят до достижения нагрузки, соответствующей 10 % линейной деформации, причем нагружение образца проводят в направлении толщины плиты, из которой он был выпилен.

10.4. Обработка результатов

Прочность на сжатие при 10 % линейной деформации Rcжв мегапаскалях вычисляют по формуле

, (3)

где Р -- нагрузка при 10 %линейной деформации, Н;

l -- длина образца, м;

b --ширина образца, м.

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение параллельных определений прочности плит, округленное до 0,01 МПа.

11. Определение предела прочности при изгибе

Сущность метода заключается в определения величины усилия при изгибе образца, вызывающего его разрушение при заданных условиях испытания.

11.1. Отбор образцов

Для определения предела прочности при изгибе из плит, отобранных по п. 3.5, выпиливают по два образца размером [(250 ґ40 ґ40) ± 1] мм (один из середины и один на расстоянии 50 мм от края плиты). Если отобранные плиты имеют толщину менее 40 мм, то высота образца должна быть равной толщине плиты.

11.2. Аппаратура, оборудование, инструменты

Испытательная машина, обеспечивающая скорость нагружения образца (5-10) мм/мин и снабженная устройством с нагружающим индентором и опорами, имеющими радиус закругления (6± 0,1) мм. Расстояние между осями опор должно быть (200 ± 1) мм. Штангенциркуль по ГОСТ 166-80 или металлическая линейка по ГОСТ 427-75.

11.3. Проведение испытания

Перед испытанием измеряют не менее чем в трех точках ширину и толщину образца с погрешностью не более 0,1 мм. Образец помещают на опоры так, чтобы плоскость образца касалась опор по всей его ширине, а концы образца выходили за оси опор не менее чем на 20 мм. При этом высота образца должна совпадать с направлением его нагружения. В момент разрушения образца фиксируют разрушающую нагрузку.

11.4. Обработка результатов

Предел прочности при изгибе образца Rизг в мегапаскалях вычисляют по формуле

, (4)

где Р -- разрушающая нагрузка, Н;

l -- расстояние между осями опор, м;

b -- ширина образца, м;

h -- толщина образца, м.

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение параллельных определений прочности, округленное до 0,01 МПа.

12.Теплопроводность определяют по ГОСТ7076-87 на образцах, выпиленных по одному из середины плит, отобранных по п. 3.5.

13. Определение времени самостоятельного горения

Сущность метода заключается в определении времени, в течение которого продолжается горение образца после удаления источника огня.

13.1. Отбор образцов

Для определения времени самостоятельного горения из середины плит, отобранных по п. 3.5, выпиливают по одному образцу. Размеры образца должны быть [(140 ґ 30 ґ 10) ±1] мм.

13.2. Аппаратура и материалы

Сушильный шкаф с температурой нагрева до 100 °С, обеспечивающий поддержание заданной температуры с погрешностью не более 2 °С.

Эксикатор поГОСТ 25336-82. Хлористый безводный кальций по ТУ 6-09-4711-81. Газовая или спиртовая горелка по ГОСТ 21204-83. Секундомер2-го класса точности по ГОСТ 5072-79. Штангенциркуль по ГОСТ 166-80 или металлическая линейка по ГОСТ 427-75.

13.3. Проведение испытания

Перед испытанием образцы высушивают в сушильном шкафу при температуре (60 ± 2) °С в течение 3 ч, затем охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием в течение 0,5 ч. После этого образец закрепляют в вертикальном положении на штативе и выдерживают в пламени горелки в течение 4 с. Высота пламени горелки от конца фитиля должна составлять около 50 мм, а расстояние от образца до фитиля горелки -- около 10мм. Затем горелку убирают и по секундомеру фиксируют время, в течение которого продолжается горение образца. За результат принимают среднее арифметическое значение результатов испытаний образцов.

14. Определение водопоглощения

Сущность метода заключается в определении массы воды, поглощенной образцами сухого материала после полного погружения их в дистиллированную воду и выдерживания в ней в течение заданного времени.

14.1. Аппаратура и материалы

Технические весы с погрешностью взвешивания не более 0,01 г.

Сушильный шкаф с температурой нагрева до 100 °С, обеспечивающий поддержание заданной температуры с погрешностью не более 2 °С.

Эксикатор по ГОСТ 25336-82.

Ванна, имеющая сетчатые подставку и при груз.

Хлористый кальций безводный по ТУ 6-09-4711-81.

Дистиллированная вода по ГОСТ 6709-72.

Штангенциркуль по ГОСТ 166-80.

14.2. Отбор образцов

Для определения водопоглощения из плит, отобранных по п. 3.5, выпиливают по одному образцу размером [(50 ґ50 ґ50) ± 0,5] мм. Если высота образца меньше 50 мм, то высота образца принимается равной толщине плиты. Длину, ширину и толщину образцов измеряют не менее чем в трех точках с погрешностью не более 0,1 мм.

14.3. Перед проведением испытаний образцы высушивают при температуре (60 ± 2) °С не менее 3ч, затем охлаждают в эксикаторе не менее 0,5 ч и взвешивают с погрешностью 0,01г.

Образцы помещают в ванну на сетчатую подставку и фиксируют их положение сетчатым пригрузом. Затем в ванну заливают воду с температурой (22 ± 5) °С так, чтобы уровень воды был выше сетчатого пригруза не менее чем на 20 мм.

Через 24 ч после залива воды образцы вынимают, протирают фильтровальной бумагой и взвешивают с погрешностью не более 0,01 г.

14.4. Обработка результатов испытания

Водопоглощение Wв в процентах по объему вычисляют по формуле

, (5)

где m -- масса образца после выдерживания его в воде, г;

то -- масса образца до погружения в воду, г;

V -- объем образца, см3;

о --плотность воды, г/см3.

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение параллельных определений водопоглощения плит, округленное до 0,1 %.

6. Описание технологической схемы

Прессовой способ является наиболее распространенным. Он заключается в выполнении трех осоновных операций : смешивания полимера с газообразователем и другими компонентами, входящими в композицию; прессования композиции; вспенивания заготовок. Принципиальная технологическая схема получения пенопластов прессовым способом приведена на рисунке 1.

Для получения пенопластов из твердых композиций смешивание компонентов производят в шаровых мельницах, снабженных рубашками охлаждения. Процесс совместного помола продолжается 6…24 ч до получения однородной тонкодисперсной смеси. В шаровых мельницах вместимостью более 1 м3 лучше применять фарфоровые или диабазовые шары вследствие значительного выделения теплоты от трения металлических шаров.

При приготовлении композиций в виде паст исходные вещества смешивают в смесителях лопастного типа. Полученную пасту подвергают созреванию (желированию) путем выдерживания ее в емкостях при температуре 25…30 О С не менее 2 сут. Прессуют композиции на гидравлических прессах в пресс-формах закрытого типа.

В процессе прессования под влиянием повышенной температуры (129…180 О С) и давления (12…20 МПа) частицы полимера сплавляются в монолитную массу. Несколько позже разлагается газообразователь, и выделившиеся газы частично растворяются в полимере, образуя насыщенный раствор. Частично (избыток газа) равномерно распределяется в полимере в виде мельчайших элементарных пузырьков. С целью полного прогрева заготовки ее выдерживают при температуре прессования. Продолжительность выдерживания зависит от толщины заготовки и составляет 1…2 мин на 1 мм толщины.

Горячее прессование оказывает решающее влияние на равномерное распределение газа в заготовке и на размер элементарных ячеек. Быстрый подъем температуры, неравномерный обогрев пресс-формы, недостаточное давление пресса - все это существенно ухудшает качество пенопласта и может привести к браку.

Большую роль при получении пенопластов с малой средней плотностью играет такой технологический прием, как подспенивание заготовок в пресс-форме в конце выдержки после достижения выравнивания температуры во всем объеме заготовки. В этом случае за счет более полного использования растворенного в полимере газа получают пенопласты с существенно пониженной средней плотностью без увеличения расхода газообразователя. Подвспенивание производят путем плавного снижения давления пресса, в результате чего давление газов в пресс-форме поднимает пуансон, увеличивая высоту заготовки. При этом средняя плотность заготовки снижается на 30…50%. После выдержки под прессом заготовки охлаждают до комнатной температуры и извлекают из пресс-формы.

Окончательное вспенивание заготовок производят в специальных камерах при нагревании заготовок до размягчения полимера (до температуры 85…120О С). В зависимости от вида полимера нагревание производят паром, водой или горячим воздухом. При этом под возрастающим давлением газа, находящегося в ячейках, образовавшихся в результате предварительного подвспенивания, и вследствие снижения растворимости газа в полимере происходят увеличение размеров первичных ячеек и образование новых. Заготовка, находящаяся в свободном состоянии, вспенивается. Для придания заготовке четкой требуемой формы вспенивание рекомендуется производить, заключая заготовки в перфорированные металлические ограничительные кассеты.

Закрепление полученной пористой структуры и приданной изделию формы производят охлаждением изделий в тех же кассетах до комнатной температуры.

7. Подбор основного оборудования

Модельный полуавтомат ПМ-5М1 для получения изделий из пенополистирола, в том числе литейных моделей различной конфигурации методом «теплового удара».

1) По машинному времени, без учета времени задувки, спекания, подвспененного полистирола и времени охлаждения пресс-формы.

2) Подвод электроэнергии от электросети переменного трехфазного тока частотой 50 Гц ГОСТ 6697-83, напряжением 380/220 В по ГОСТ 21128-83. Требования к качеству электроэнергии по ГОСТ 13109-87.

3) Сжатый воздух из цеховой сети, загрязненность не грубее 10 класса загрязненности по ГОСТ 17433-80, давлением не ниже 0,8 МПа.

4) Пар сухой, насыщенный от парогенератора, давлением - от 0,2 до 0,3 МПа.

5) Водопроводная вода - по ГОСТ 2874-82 с избыточным давлением на входе в машину в пределах от 0,2 до 0,3 МПа (от 2,0 до 3,0 кгс/см2). Рекомендуемая температура воды не выше 280оК (7 оС). При более высокой температуре снижается производительность.

Полуавтомат обеспечивает выполнение технологических операций в следующем цикловом, полуавтоматическом режиме:

сборка пресс-формы,

нагрев пресс-формы,

задув подвспененных гранул полистирола в пресс-форму,

вакууммирование пресс-формы,

спекание изделия,

охлаждение пресс-формы,

разборка пресс-формы,

выталкивание изделия из пресс-формы на транспортное устройство полуавтомата,

продувка пресс-формы воздухом.

При изготовлении применяются импортные комплектующие:

Электрооборудование: Shneider Electric, Wieland, Reepol, Autonics.

Пневмо и гидрооборудование: Camozzi, Festo, Ascojucomatic

8. Охрана труда и окружающей среды

При производстве неорганических теплоизоляционных материалов к числу агрегатов, требующих наиболее строгого соблюдения правил техники безопасности, относятся печи, особенно плавильные. При эксплуатации плавильных печей необходимо установить постоянное наблюдение за состоянием футеровки и кладки печей. Не­допустимый износ грозит вытеканием горячего расплава через места повреждений наружу. Водяные рубашки и другие водоохлаждаемые детали печей следует питать,

Очищенной от накипеобразователей водой. Накипь на стенках вызывает пережог металла с огневой стороны, может закупорить отверстия подвода и отвода охлаждающей воды и привести к взрыву вследствие значительно­го парообразования.

Для создания нормальных условий работы обслуживающего персонала предусматриваются следующие ме­роприятия: водяное или воздушное охлаждение печей, автоматическое регулирование температурного режима в печах,, герметизация всех пылящих и выделяющих вредные газы агрегатов, местные отсосы для локализа­ции очагов пылеобразования.

При производстве минераловатных изделий предусматривается разрежение в камерах волокноосаждения и тепловой обработки и герметизация ограждений камеры волокнооосаждения. и других установок, в которых производится обработка ваты. Аппаратура для приготовления синтетических смол, также должна быть герметичной. При использовании в качестве связующего битума плавление его должно производиться в котлах с закрытыми крышками.

Значительное улучшение условий труда может быть достигнуто за счет усовершенствования технологического процесса; главным образом за счет максимальной его автоматизации.

Особое внимание в постановлениях ЦК КПСС и Совета Министров СССР уделяется охране окружающей среды. Впервые в мире в нашей стране принят ГОСТ по охране окружающей среды. При производстве теплоизоляционных материалов загрязнение воздушного бассейна происходит за счет выбросов различных пылевых отходов и вредных газов, среди которых наиболее опасными является свободный кремнезем, окись углерода, сернистый газ, фенол, формальдегид и т. п. Уменьшение вредных выбросов в окружающую среду достигается двумя путями: совершенствованием технологического процесса и внедрением эффективных методов очистки.

Основной тепловой агрегат для получения силикатно­го расплава в минераловатном производстве -- вагранка -- является источником серьезных загрязнений ок­ружающей среды. Ваграночные газы содержат вредную пыль, поэтому вагранки должны быть снабжены устройствами для пылеочистки и дожигания отходящих колош­никовых газов.

В минераловатной промышленности важной проблемой охраны труда и окружающей среды при производстве изделий на синтетических связующих является также нейтрализация фенола (C6HsOH) и формальдеги­да (СН20) в выбросах, из камеры волокноосаждении камеры тепловой обработки, раскладчика гидромассы, камеры вакуумирования, гидросмесителя, Санитарными нормами СН 245-71 установлена предельно допускаемая концентрация паров фенола: для рабочей зоны до 5 мг/м3, для населенных мест 0,01 "мг/.м3; соответственно фор­мальдегида 0,5 0,035 мг/м3. На Мосасботермо комбинате введена в действие установка для термической нейтра­лизации газов конструкции ВНИПИТеплопроекта. Цикл зоа от механических включений; извлечение фенола из газов горячей водой в четырех колонках водной промыв­ки, работающих по принципу многократного противоточного орошения; термической нейтрализации (сжигания) фенольной воды. По данным Мосасботер, комбината,- степень очистки газов от фенола в колонках водной промывки составляет 95--98%, а после термообработки полностью нейтрализуется не только фенол, но и формальдегид. Однако такая установка требует больших затрат. Институтом Мосбассгипрошахт разработана установка для очистки газовых выбросов минераловатного производства, в конструкции которой предусмотрены фильтрация газов и их каталитическое окисление. Катализаторами являются окись меди и алюмоплатиновые контакты. Установка состоит из трех узлов: механической очистки, утилизации тепла и каталитического окисления. В последнем происходит окисление фенола и формальдегида до С02 и Н20. Степень очистки выбросов от механических примесей составляет 99%'. Однако нейтрализуется фенол не полностью, поэтому после установки дымосос направляет выбросы в трубу для их рассеивания. Достоинство установки каталитического окисления технологических выбросов -- простота конструкции и низкий удельный расход топлива (0,007 м3 на 1 м3 выбросов). Часовая производительность опытно-промышлен­ной установки -- 50 тыс. м3 технологических выбросов.



Список литературы

1. http://porotherm-ural.ru/pravda_o_stroitelnyh_materialah/12154/page/1/

2. http://www.incompen.ru/character.html

3. http://www.ngpedia.ru/id462846p2.html

4. http://msd.com.ua/polimernye-teploizolyacionnye-materialy/poluchenie-penopolistirola-pressovym-metodom/

5. http://www.findpatent.ru/patent/240/2400494.html

6. http://www.diy.ru/documents/ghosts/gost-15588-86/

7. http://msd.com.ua/texnologiya-teploizolyacii/obshhie-texnologicheskie-principy-polucheniya-gazonapolnennyx-plastmass/

8. http://penzavod.ru/texnika-bezopasnosti-i-oxrana-okruzhayushhej-sredy-pri-proizvodstve-neorganicheskix-teploizolyacionnyx-materialov/

Размещено на Allbest.ru