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EPS发泡胶原理
- 2018-02-08 -

EPS制品加工工艺


EPS原料经过预发、熟化、成型、烘干和切割制得可发性聚苯乙烯制品。它既可用于制成不同密度不同形状的泡沫塑料制品,又可以生产出各种厚度的泡沫塑料板材,广泛用于建筑、包装、日用品、工业铸造等领域。




第一节预发熟化工艺


——预发机原理及工艺


EPS制品成型前,需经过预发阶段,以便模制品的容重更好地控制在更低范围内。预发可使成型时的密度梯度减少,得以均匀膨胀成型。


在预发过程中,含有发泡剂的珠粒缓缓加热至90℃以上,开始软化,珠粒内的发泡剂受热汽化产生压力使珠粒膨胀,并形成互补连通的泡孔(闭孔),预发后气泡的直径约为80~150μm,每立方厘米约有0~55万个小气泡,泡孔壁的厚度仅有1~2μm。同时,蒸气也渗透到已膨胀的泡孔中,加热时,发泡剂也会由珠粒中向外渗出,所以预发时,应使蒸气透入泡孔的速率超过发泡剂从泡孔中渗出的速率,使发泡气体绝大多数留在泡孔内,从而使泡孔中总压力增加,发泡剂在泡孔中来不及逸出,使聚合物牵伸呈橡胶状态,其强度足以平衡内部的压力,从而使珠粒预发,聚合物得到延伸,珠粒得到预膨胀。


根据加热的方法不同,可以有如下几种预发方法:红外线预发、热空气预发、热水预发和蒸气预发。前三种方法只适用于制取容重较高的泡沫塑料制品,属于间歇操作,时间较长。蒸汽浴法的优点是生产连续化,劳动强度低,生产效率高,预发后的容重低,成型后的制品质量好。这里主要讲述蒸汽预发。


蒸汽预发分为连续式预发(预发设备为连续式预发机)与间歇式预发(预发设备为间歇式预发机)。


无论何种预发机预发,都是将EPS原料加入机内,通过蒸汽加热,将EPS发泡。预发时可以通过调整预发机上的预发参数来控制发泡倍率。蒸汽预发后的珠粒仍然是圆形粒状,只是体积增大20~150倍。


(一)连续式预发


连续式预发,在一定的机身体积和蒸汽流量的条件下,可以通过调整进料(EPS原料)速度和调整机器出料口的高度,从而控制EPS预发容重。有的生产厂家,尤其是板材生产厂家,为了能得到容重更低的EPS预发原料,而采用“二次预发”工艺。即将在一次预发机中预发到20kg/m3 左右的原料,经过熟化(3~5h左右,一般视气温环境原料特点等因素而定),通过二次预发再次预发,不过再次通过预发机时,其进料口要大,进料速度也要快。


连续式预发工艺如下:


1. 首先,气压应先降到0.2~0.25Mpa,空气压力应该在0.4Mpa左右;


2. 进行预热,一般预热温度应达70℃。


3. 确定第一次预发及第一批原料的加入量,待预发料出来后,开始连续加料,根据预发机大小、性能、蒸汽质量、原料性能,尽快找出对不同原料预发到布同容重的加料速度加热温度(温度一般为92~102℃)、机内温度等条件,每次预发看开始时,应以最快的速度稳定工艺条件,达到合适的密度。


4. 一次预发后,一般熟化3~5h可进行二次预发,二次预发的控制关键仍是加料量(变速器调整)和机器温度(温度选择范围比一次预发时大一些,但不需要温)


的调整。


5. 停机时,应使机内温度降低后,再关闭气阀(降到60℃一下为好)。


(二)间歇式预发


间歇式预发,是指投一次EPS料后,待该次料预发到一定的体积后,再将机内的料放完、吹净。然后再投料、预发、放料......如此周而复始。间歇式预发机的投料口在预发机的上方,放料口则在机身的下部。这点与连续式预发机相反。由于每批投料量一定,每批料的预发体积也一定,这样预发后的容重九由保证,而且预发后,料的容重变化也小,一般可保持在3%以下。同时,只要正确地控制每次EPS料的投放量,就能正确的控制预发的密度。


间歇式预发工艺如下:


1. 蒸汽压力降至约0.2Mpa,空气压力在0.5Mpa以上。同时,根据体积和所要求的发泡倍率确定加料量,定好加料、加热和出料的时间。


2. 使机内温度先预热至90℃。


3. 正式开机后采样风干测密度,如果与要求容重有差距,先调压力和温度,如仍不理想再微调加料量。


4. 最后一次加料量不足,仍可按加热时间控制初料的时间。


采取蒸汽预发,为了防止预发后的EPS原料带水分,进入预发机的蒸汽应尽量干燥饱和,因此加装品质优良的疏水器也是必不可少的。预发后珠粒应通过干燥装置(如流化干燥床),采用热风吹干。这样也利于EPS预发料的熟化和成型。


还需指出,EPS原料的发泡倍率与其内含的发泡剂量、蒸汽压力和预发的时间是密切相关的。预发时通入的蒸汽要求是饱和的,蒸汽的质量要良好、干燥和稳定,质量低劣的蒸汽(极度潮湿)只能制出湿的预发料,在筛选和输送时造成困难。


通入蒸汽的压力与时间需根据不同的原料的发泡剂含量、分子量、粒度等特性经过试发后确定。在通常的情况下,气压不变,预发珠粒的容重随着通气时间的延长而下降。通气时间不变,预发珠粒的密度随着蒸汽欺压的升高而下降。当密度下降到一定的值时,由于预发珠粒膨胀形成的泡孔孔壁很薄,遇冷后内部的水蒸汽和发泡剂冷凝造成负压现象,因此,在外压下支持不住而收缩瘪塌。实验分子,蒸汽压力,对发泡后的密度的影响,相对地来讲,显得并不是很大。


EPS珠粒通气的适宜时间,以粒度8~16目,发泡剂的含量5%~8%,预发时工作气压为0.5Mpa为例,则通气的时间与密度有紧密的关系。


EPS发泡剂含量并不是越高越好。发泡剂含量过高,将导致预发泡体不均匀、泡体开花、产品变型和开裂。但发泡剂过低,也易导致发泡倍数降低、加热时间过长,成型过程中EPS珠粒之间粘结性差以及产品收缩和掉粒等。最佳发泡剂的含量为4.8%~7%,有的刚出厂的原料发泡剂含量高过7%,这样的原料需要放置一个月再用,或者在使用前暴露在空气中数十个小时后使用。但放置时间过长,如果发泡剂含量低于4%,蒸汽压力不提高(或温度不提高)预发后,珠粒密度很难达到15kg/m3以下,所以原料库温度要求低于20℃,原料库存时间也不能过久,铁桶包装的原料库存期不应超过半年,对于纸箱或塑料袋包装的原料,库存期不超过3个月。


蒸汽预发法是一种在大气压条件下进行发泡的最有效的方法,但是它也有一些不足的之处,譬如说,由它制出的新鲜预发料,既湿又不稳定,必须视其密度进行4~8h的熟化处理。此外,要进行2次发泡后才能得到低密度的料粒,但生产率降低了。


二 熟化机理及工艺


预发后的珠粒中保留一定量的发泡剂和水蒸汽,待出机时,冷凝成为液体,液体发泡剂又溶入聚苯乙烯中,使气泡中的压力很快降低,泡内出现负压(部分真空),珠粒很软,易变形。所以风送时,尽量不使风乏力过大,风管内壁应尽量光滑,弯曲半径也尽量大一些(减少碰撞阻力),管路应当是点的良导体,必须将整个线路接地,以避免静电打火,传送速度不应超过8m/s 以避免珠粒损坏。


刚出预发机的珠粒都是潮湿的,从预发机放出后,由于吸收空气,骤然遇冷,致使份蜂窝状泡孔中发泡剂冷凝使泡孔内形成负压,所以珠粒在预发后必须放置一段时间,以方面使其干燥,另一方面使其渗入空气消除负压,使泡孔中的内压力与外压力平衡,以免泡孔瘪塌,使珠粒具有弹性。刚出预发机的EPS珠粒经一定时间的干燥、冷却和泡孔压力稳定的过程称为熟化。熟化改善预发珠粒在成型过程中的进一步膨胀性、珠粒间熔结性及珠粒的弹性,有利于提高EPS制品的质量。


熟化处理过程中,珠粒经过空气冷却,泡孔内气孔的发泡剂和水蒸气被冷凝成液体,使泡孔内形成了负压。此时,空气便通过泡孔膜渗透到泡孔内部,使泡孔内的压力与外界压力相平衡,这样会使预发后的珠粒具有弹性。


熟化可分为自然熟化与加压熟化两种方法。在阴凉、干燥、通风的条件下,任其自然充气叫做自然熟化。将自然熟化后的预发珠粒,在密封的容器中加入气体(空气、氮气)使其具有一定的压力而进行充气,叫做加压熟化。


(一) 自然熟化


熟化时间与预发珠粒的密度、干湿程度、空气的干湿度及环境温度等因素有关。干燥的珠粒气体深入快,熟化的时间短,阴天对熟化时间有明显的影响。预发珠粒的密度越高,熟化时间越短,密度超过36 kg/m3以上的预发珠粒可不经过熟化直接成型。一般情况下预发珠粒在10 kg/m3以上者经过4~8h的自然熟化后,可直接成型。应当注意的是,不同厂家、


不同牌号的原料熟化时间也有所不同。自然熟化后的预发珠粒应在封闭的容器中存放,减少发泡剂的挥发,以保证其膨胀里,延长使用时间。


此外,熟化过程要求泡孔内冷的戊烷重新被吸入EPS的量达到最大。珠粒密度大于60 kg/m3时,熟化时间不计,这是因为较高密度的珠粒用于模压发泡成型,发泡仅由残留戊烷蒸发即可,不需补充空气。但是,为了有利于成型过程中的粘结,必须经过4~8h的熟化时间。由于EPS分子量不同,所含发泡剂量不同,因此熟化的时间也不同。在不不同的气温条件下,同意中原料,其熟化的时间也是不同的。


根据实验测定,熟化环境为18~22℃,外界空气向泡孔渗入,泡孔内戊烷气体基本上未向外发散。温度高于20℃,空气渗入的速率加快,泡孔内的戊烷向外扩散而损耗。温度低于20℃,冷凝的戊烷重新被吸入EPS的速率减慢,空气渗入的速率亦降低。预发EPS珠粒熟化的环境温度最佳值为20~25℃。理想的熟化仓应设置热空气(温度22~25℃)输送系统,以缩短熟化时间。


(二) 加压熟化


当密度在8 kg/m3以下,成型能力有明显下降时,应经过4~8h的自然熟化后放入加压装置,加压熟化后方可使用。加压熟化是通过一定的手段使珠粒再一次打破内外压力平衡而使内压高于外压。这样在成型的过程中其膨胀能力就大大的提高了,因此采用加压熟化的方法,可以用密度较低的预发珠粒制出表面质量较好的制品。采用加压熟化时,必须先将预发珠粒进行自然熟化,使其有一定时间的干燥和充气过程,然后才能进行加压,否则会将水分带入加压装置后使装置内壁锈蚀。


预发珠粒加入0.1Mpa的压力,并保压8小时后,即便延长时间也不再变化,这说明在0.1Mpa的压力下8小时即可完成熟化过程。而当加压为0.4Mpa后,珠粒很容易瘪塌。而低于0.2Mpa则成型能力提高不明显。因此,加压熟化时,加入的压力要控制在一定的范围内,压力高,珠粒容易瘪塌,压力低,起不到提高珠粒内压得作用,一般取0.2~0.3Mpa为宜。


经自然熟化的预发珠粒在在加压熟化装置中受到压力后,由于内外形成了压差,因此气体就慢慢地渗入到内部,直到内外的压力平衡为止。这一过程在3 h以上就可以完成。加压后的预发珠粒由于渗入了一部分空气,其密度值稍有提高,可增加2 kg/m3 ~ 3kg/m3。经过加压熟化的珠粒营尽量在4小时内用完,否则,应重新进行加压处理。