Как делают пенопласт: от гранул полистирола до готовых блоков
Как делают пенопласт — речь идёт о вспененном полистироле, который получают из маленьких гранул. Процесс проходит в два этапа вспенивания: сначала гранулы обрабатывают паром и они увеличиваются в объёме в 30–50 раз, затем слежавшуюся массу помещают в форму и снова нагревают. Гранулы сплавляются между собой, образуя однородный блок с замкнутыми ячейками воздуха. Именно этот воздух и делает пенопласт лёгким теплоизолятором.
Исходное сырьё: вспенивающийся полистирол
Сырьём служит вспенивающийся полистирол — гранулы диаметром 1–3 мм, содержащие небольшое количество вспенивателя, чаще всего пентана или изопентана. Пентан растворён в полимере и при нагреве испаряется, вызывая расширение гранулы. Содержание пентана в исходных гранулах составляет 4–7% по массе. Гранулы хранят при низкой температуре, чтобы вспениватель не испарялся преждевременно. Производство вспенивающегося полистирола в России ведётся на нескольких нефтехимических предприятиях, а часть сырья импортируется. Качество гранул напрямую определяет однородность будущего пенопласта: разброс по размеру и содержанию пентана ведёт к неравномерной пористой структуре готового изделия.
Первичное вспенивание
Первый этап производства — предвспенивание, или первичное вспенивание гранул в специальных агрегатах, через которые подаётся водяной пар при температуре 80–100 °C. За 2–5 минут обработки паром гранулы увеличиваются в объёме в 30–50 раз: пентан закипает внутри полимерной оболочки, стенки ячеек растягиваются, но не разрываются, поскольку полистирол при этой температуре размягчается и становится пластичным. Степень вспенивания регулируют временем обработки и температурой пара. Высокая степень вспенивания даёт более лёгкий материал с меньшей плотностью — от 8 до 15 кг/м3, а низкая — более плотный и прочный пенопласт с плотностью 25–35 кг/м3. После предвспенивания гранулы представляют собой белые шарики с очень тонкими стенками ячеек, наполненных пентаном и паром.
Выдержка и вторичное вспенивание в форме
После предвспенивания гранулы нельзя немедленно прессовать: ячейки внутри них заполнены горячим паром и пентаном, и давление выше атмосферного. Такие гранулы при прессовании лопнут или слипнутся неравномерно. Поэтому их высыпают в сетчатые бункеры и выдерживают при комнатной температуре от 6 до 24 часов. За это время пар и пентан частично диффундируют из ячеек, а внутрь проникает воздух, выравнивая давление. Выдержанные гранулы засыпают в металлические пресс-формы нужной конфигурации. Форму закрывают и через перфорированные стенки подают пар под давлением 0,15–0,3 МПа. Гранулы снова нагреваются, начинают расширяться, заполняют все пустоты формы и сплавляются между собой по поверхности контакта. Именно на этом этапе формируется монолитная структура блока или фасонного изделия. Время спекания составляет 3–10 минут в зависимости от размера изделия и плотности материала.
Охлаждение, нарезка и применение
После вспенивания в форме блок нельзя извлекать сразу: горячий пенопласт содержит остаточный пар и легко деформируется. Форму охлаждают водой через рубашку до тех пор, пока температура поверхности изделия не упадёт до 40–50 °C. Только после этого форму открывают. Свежий блок выдерживают ещё 12–24 часа на воздухе для стабилизации. Затем блоки нарезают на листы и плиты нужных размеров на горизонтальных или вертикальных струнных станках: нагретая нихромовая проволока режет пенопласт без усилия и без пыли. Толщину резки регулируют с точностью до 1 мм. Строительный пенопласт марок ПСБ выпускают плотностью от 15 до 35 кг/м3 и используют для теплоизоляции стен, кровли и фундаментов. Упаковочный пенопласт формуют непосредственно по форме защищаемого изделия. Область применения пенопласта в строительстве в России растёт: это один из самых дешёвых утеплителей при высоком сопротивлении теплопередаче около 0,037–0,042 Вт/(м·К).
