Производство теплоизоляционных плит из пенополистирола

2. Утепление  полов. 

Применение пенополистирольных плит в качестве теплоизоляции пола и перекрытий служит эффективным  средством для их теплоизоляции  и снижения передачи ударного шума (шаги, передвигаемая мебель, работающие компьютеры, принтеры и т.д.) и обеспечит вам теплый пол. В этом случае плиты из пенопласта (пенополистирола) толщиной до 50 мм укладываются обычно на слой материала с изолирующими свойствами. После герметизации швов наверх укладывается шпунтованная древесностружечная плита, песчано-цементная или бетонная смесь толщиной 6 см.

3. Утепление  кровель.

Теплоизоляция крыши широко используемых в зданиях коммунального  назначения и квартирных домах, осуществляется следующими способами.

"Невентилируемая (теплая) крыша": крыша покрывается пенополистирольными  плитами ППС толщиной около  70 мм, на поверхность которого  укладывается водостойкий битумный  слой.

"Вентилируемая (холодная) крыша": пенополистирольные плиты  ППС устанавливаются на тыльную  сторону крыши, при этом оставляется  вентилируемая полость, предотвращающая  конденсацию водяных паров. Чердачные  помещения могут служить хорошими  жилыми комнатами. Теплоизоляция  двухскатной крыши при сравнительно  небольших расходах приносит  большую пользу. Для этого необходимо  вмонтировать в промежутки между  стропилами один или несколько  слоев пенополистирольных плит  общей толщиной, равной толщине  стропил. 

4. Утепление  несущих элементов фундаментов.

Фундамент - основа здания. От него зависит долговечность и  в значительной мере тепловой комфорт. Поэтому вопрос по теплоизоляции  фундаментов, особенно в регионах с  суровым климатом, должен ставиться  на одно из первых мест. Традиционно  пенопласт применяют в качестве средней части трехслойных фундаментных блоков. Однако свойства материала  и его качество позволили применять  фундамент современной более  эффективной конструкции. В современном  фундаменте пенополистирол (пенопласт) используют в качестве несъемной  опалубки при изготовлении и монолитного  фундамента непосредственно на объекте. Это существенно снижает расход бетона, арматуры и трудозатраты.

Хорошо зарекомендовал себя пенополистирол (пенопласт) при устройстве бесподвальных строений. В этом случае на подготовленную площадку укладываются плиты утеплителя в один или несколько слоев, заливаются бетоном и далее возводится строение обычным порядком. При такой конструкции бетонная стяжка одновременно является фундаментом и основанием пола. Конечно, это не исключает необходимости устройства точечного фундамента под несущие опоры. Особо отметим возможность применения пенополистирола в целях изоляции фундаментов для предотвращения промерзания. Специалистам строителям и эксплуатационникам хорошо известны последствия этого природного явления. Поэтому в северных регионах защита фундаментов от промерзания, а также возможность строительства на мерзлоте имеет важное значение.

Пенополистирольные плиты  можно применять для вертикальной и горизонтальной защиты фундаментов  от промерзания. Для этой цели вдоль  фундамента отрывается траншея шириной  порядка 1 м и глубиной, определяемой промерзанием грунта. Плиты теплоизоляции  укладываются вдоль фундамента и  засыпаются. В некоторых случаях  необходимо дополнительное устройство гидроизоляции.

5. Применение  на трубопроводах. 

Известно, что теплоизоляции  инженерных коммуникаций до последнего времени не придавалось должного значения, хотя доля теплопотерь через  них составляет порядка 30%. Для теплоизоляции  трубопроводов холодного водоснабжения, вентиляционных каналов, телефонных линий  и заглубленных кабелей в последнее  время все чаще стали применять  пенополистирол. Этот материал также  используют для защиты водопроводных  и канализационных труб городских  магистралей от замерзания. Благодаря  этому, трубопроводы можно укладывать на меньшей глубине, намного сокращая объем вынутого грунта.

При кирпичной кладке или  бетонных стенах плиты пенополистирола  могут укладываться в один или  несколько слоев для получения  заданных теплоизоляционных характеристик. Первый слой плит крепится к паронепроницаемому слою при помощи цементного или битумного  раствора, а последующие слои закрепляются клеящим материалом. Для стен высотой  свыше 2,5 м рекомендуется применение механического крепления. С внутренней стороны стены холодных хранилищ могут покрываться штукатуркой  или металлообшивкой. Штукатурка должна подходить для использования  в холодных хранилищах и не быть слишком паронепроницаемой. Для  компенсации веса штукатурки следует  устанавливать не реже чем через 2,5 м дополнительные горизонтальные опоры. Обшивку из металлопрофиля следует  закреплять горизонтальными кронштейнами между двумя теплоизолирующими  слоями с интервалом около 2 м. Этот способ может быть использован лишь при возведении новых сооружений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Пенопласты марки ПС изготавливаются  на основе эмульсионного полистирола  и различных газообразователей.

Для получения пенопластов  марок ПС используют эмульсионный полистирол марки Б (ГОСТ 9440-64). Полистирол –  термопластичный полимер преимущественно  линейного строения.

Выпускаемый в строительстве  полистирол – аморфный, прозрачный, хрупкий продукт; степень полимеризации 600 – 2500. Элементарные звенья в макромолекулах полистирола расположены главным  образом в положении 1,2. Для полистирола  существуют критические величины молекулярной массы, выше которых прочность при  растяжении и относительное удлинение  мало зависят от молекулярной массы.

Его получают путем эмульсионной полимеризации стирола в виде  тонкодисперсного порошка. Он имеет  молекулярный вес в пределах 70 000-200 000 и должен удовлетворять требованиям ГОСТ 9440-64:

Внешний вид………………………. порошок белого цвета

Плотность при 20ºС, г/см³………………………………..1,05

Потеря веса при сушке %, не более………………………0,6

Относительная вязкость раствора полимера

              в бензоле, не менее………………………………3  – 6

Теплостойкость по Мартену в ºС, не менее……………. 80

Теплопроводность вт/ (м  · К)……………………………..0,93

Удельная теплоемкость кДж/ (кг · К)…………………….1,26

Прочность   кгс/см²

          при растяжении…………………………………..350-500

          при изгибе………………………………………..800-1000

Теплота сгорания кДж/моль …………………………..4,35 · 10³

Свойства гранул определяются молекулярным весом полистирола, содержанием  в них незаполимеризовавшегося  стирола и изопентана, а также  их гранулометрическим составом. Молекулярный вес (не менее 35 000) определяет прочностные и реологические свойства полимера. От содержания остаточного мономера зависит теплостойкость и долговечность материала. Содержание изопентана и гранулометрический состав гранул влияют на объемный вес получаемого материала.

Размер гранул суспензионного полистирола колеблется в пределах 0,5 – 3 мм. Молекулярный вес суспензионного полистирола, который определяется по относительной вязкости, должен находиться в пределах 35 000 – 45 000. При меньшем молекулярном весе гранулы слипаются при предварительном вспенивании, а при большем – вспениваются недостаточно вследствие высокой температуры размягчения. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ

Полистирол  в промышленности получают главным образом свободно-радикальной  полимеризацией стирола, используя  вес известные методы: блочный, эмульсионный, суспензионный и в растворителях, наибольшее распространение получили методы блочной и эмульсионной полимеризации.

Эмульсионный (ПСЭ)

Наиболее устаревший метод  получения, не получивший широкого применения в производстве. Эмульсионный полистирол получают в результате реакции полимеризации  стирола в водном растворе щелочных веществ при температуре 85-95 °C. Для  этого метода требуются: стирол, вода, эмульгатор и инициатор полимеризации. Стирол предварительно очищают от ингибиторов: требутил-пирокатехина или гидрохинона. В качестве инициаторов реакции  применяют водорастворимые соединения, двуокись водорода или персульфат калия. В качестве эмульгаторов применяют  соли жирных кислот, щелочи (мыло), соли сульфокислот. Реактор наполняют  водным раствором касторового масла  и тщательного перемешивая, вводят стирол и инициаторы полимеризации, после чего полученная смесь нагревается  до 85-95 °C. Мономер, растворённый в мицеллах мыла, начинает полимеризоваться, поступая из капель эмульсии. В результате чего образуются полимер-мономерные частицы. На стадии 20 % полимеризации мицеллярное  мыло расходуется на образование  адсорбированных слоёв и процесс  далее протекает внутри частиц полимера. Процесс заканчивается, когда содержание свободного стирола станет менее 0,5 %. Далее эмульсия транспортируется из реактора на стадию осаждения с  целью дальнейшего снижения остаточного  мономера, для этого эмульсию коагулируют  раствором поваренной соли и сушат, получая порошкообразную массу  с размерами частиц до 0,1 мм. Остатки  щелочных веществ влияют на качество полученного материала, поскольку  полностью устранить посторонние  примеси невозможно, а их наличие  придаёт полимеру желтоватый оттенок. Данным методом можно получать полистирол с наибольшей молекулярной массой. Полистирол, получаемый по данному методу имеет аббревиатуру — ПСЭ, которая периодически встречается в технической документации и старых учебниках по полимерным материалам.

Суспензионный (ПСС)

Суспензионный метод полимеризации  производится по периодической схеме  в реакторах с мешалкой и теплоотводящей рубашкой. Стирол подготавливают, суспендируя  его в химически чистой воде посредством  применения стабилизаторов эмульсии (поливинилового спирта, полиметакрилата натрия, гидроксида магния) и инициаторов полимеризации. Процесс полимеризации производится при постепенном повышении температуры (до 130 °С) под давлением. Результатом  является — получение суспензии, из которой полистирол выделяют путём  центрифугирования, затем его промывают  и сушат. Данный метод получения  полистирола также является устаревшим и наиболее пригоден для получения  и сополимеров стирола. Данный метод  в основном применяется в производстве пенополистирола.

Блочный или  получаемый в массе (ПСМ)

Различают две схемы производства полистирола общего назначения: полной и неполной конверсии. Термическая  полимеризацией в массе по непрерывной  схеме представляет собой систему  последовательно соединенных 2-3 колонных аппарата-реактора с мешалками. Полимеризацию  проводят постадийно в среде бензола  — сначала при температуре 80-100 °С, а затем стадией 100—220 °С. Реакция  прекращается при степени превращения  стирола в полистирол до 80-90 % массы (при методе неполной конверсии степень  полимеризации доводят до 50-60 %). Непрореагировавший стирол-мономер удаляют из расплава полистирола вакуумированием, понижая  содержание остаточного стирола  в полистироле до 0,01-0,05 %, непрореагировавший мономер возвращается на полимеризацию. Полистирол, полученный блочным методом  отличается высокой чистотой и стабильностью параметров. Данная технология наиболее эффективна и практически не имеет отходов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

В данной курсовой работе рассмотрена  технология производства теплоизоляционных плит из пенополистирола бесспресовым методом.

Для производства изделий  из беспрессового пенополистирола  используется суспензионный полистирол. Под торговой маркой «Стиропор»™  беспрессовый пенополистирол выпускается  с 1951 года. Разработчиком и первым производителем этой разновидности  пенополистирола является корпорация BASF.

Внешне беспрессовый пенополистирол легко можно отличить от прессового и экструдированного пенополистирола. На изломе видно, что он состоит из пористых стирольных шариков диаметром 5-15 мм сплавленных друг с другом. Чтобы понять, как такая структура  получается, рассмотрим технологию получения  беспрессового пенополистирола.

Получение беспрессового  пенополистирола

Получение беспрессового  пенополистирола включает две стадии: на первой стадии получают пористые полистирольные «шарики»:

Полистирол получают суспензионной  полимеризацией стирола. Перед полимеризацией в мономер вводят 4-5% изопентана (температура  кипения 28°С) или другой низкокипящей жидкости, которая обеспечит в  дальнейшем порообразование. Кроме  этого разные производители могут  вводить в рецептуру и различные  модифицирующие добавки, например, антипирены для повышения огнестойкости  полимера.

Из полученных в результате реакции гранул полистирола удаляют  влагу, для чего их центрифугируют, а потом сушат.

Высушенные до 2% влажности  гранулы полистирола подвергают предварительному вспениванию для  чего их нагревают до 80°С. изопентан  в размягчённом полистироле вскипает и формирует поры, котрые при охлаждении гранулы фиксируются.

На второй стадии гранулы  снова сушат, а затем выдерживают  при температуре 25°С сутки или  двое. При охлаждении изопентан конденсируется, его объём уменьшается и воздух из атмосферы подсасывается в поры, занимая освободившийся объём.

После выдерживания гранул из них формуют изделие. Пресс-форму  на 70% заполняют предварительно вспененными  гранулами и снова нагревают. На этот раз до 100-120°С. Изопентан  опять вскипает и размер пор ещё  больше увеличивается, так как смесь  паров изопентана, атмосферного воздуха  и пара занимает больший объём, чем  пары изопентана при предварительном  вспенивании.

Гранулы увеличиваются в  размере и подплавляются, занимая  всё пространство пресс-формы, уплотняясь и спекаясь в единое целое.

При производстве плит или  профилей готовый пенополистирол нарезается разогретой нихромовой проволокой на плиты или изделие нужного  размера.

Свойства  беспрессового пенополистирола

Особенности технологии позволяют  вдвое уменьшить требуемое для  изготовления пенополистирола количество изопентана и получить, тем не менее, очень лёгкий пенополистирол плотностью 12-50 кг/м³.

Теплопроводность беспрессового  пенополистирола 0,03-0,04 Вт/(м×°C). Среди  недостатков такого пенополистирола  следует отметить прочность на сжатие при 10% деформации равную всего 0,04-0,16 МПа  и относительно высокое объёмное водопоглощение, 0,5-4,0%. Это объясняется  очень неоднородной и частично открытой пористостью.

 

 

 

 

 

 

 

ИСПОЛЬЗУЕМОЕ  ОБОРУДОВАНИЕ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ

Котел

В наших линиях мы применяем котёл  РИ-5М. Паровой котёл РИ-5М (Рис.1 п.2) предназначен для получения пара давлением 4 кгс/см². Котлы работают на твёрдом топливе (дрова, торфяные и угольные брикеты), а также на маловязком жидком топливе (дизельное топливо, солярное масло). При использовании газогенераторной установки (Рис.1 п.1.) в качестве топлива используются дрова, тирса, щепа. Если есть газогенератор, то котёл устанавливается сверху на газогенератор. Топливо (тирса, щепа) загружается в бункер (Рис.1 п.3.) и при помощи шнека подаётся в сжигатель. Дрова загружаются через загрузочное окно спереди на сжигателе. При помощи электрического насоса вода закачивается в котёл (уровень контролируется по водомерному стеклу). Разжигается котёл и доводит давление пара до уровня 3,5-4 атм..