生產過程中影響EPS板表觀密度的幾種因素

【摘 要】 本文描述了EPS的主要生產工藝以及生產過程中可能對表觀密度產生影響的幾種因素，并分析其產生原因。

【關鍵詞】 聚苯乙烯 泡沫塑料 保溫材料 表觀密度

1 引言

模塑聚苯乙烯泡沫塑料板，俗稱“EPS板”或“苯板”，是由可發性聚苯乙烯樹脂顆粒在蒸汽作用下，經預發泡、熟化、成型并經二次切割而成的具有多孔結構的泡沫塑料板材。因其具有密度小、保溫性能佳、吸水率低、尺寸穩定性優異等諸多優點，已被廣泛應用于節能建筑的外墻外保溫系統。

EPS板的表觀密度是指單位體積的泡沫塑料在規定溫度和相對濕度條件下的質量。表觀密度的大小不僅決定了產品的成本，更決定了產品的壓縮強度、熔結性、導熱系數等綜合性能。EPS的結構主要由聚苯乙烯樹脂及空氣組成，其表觀密度是由可發性聚苯乙烯樹脂顆粒性質及生產工藝所決定。其中生產工藝的匹配對EPS的表觀密度以及其它性能起著至關重要的作用。

2 EPS板主要生產工藝

EPS板的生產工藝主要包括三個階段，即預發泡、熟化、成型。預發泡階段，含有低沸點溶劑的可發性聚苯乙烯樹脂原料被置于預發泡機中，在一定的蒸汽壓力和溫度下進行一次（二次）預發泡，在加溫加壓的條件下，聚苯乙烯樹脂發生軟化，低沸點的發泡劑揮發，使聚苯乙烯樹脂膨脹，形成預發泡的聚苯乙烯珠粒。熟化階段，剛出發泡機的預發泡珠粒內部有一些真空狀態，并沒有彈性，通過輸送機將其輸送至尼龍網制的袋或料箱中，貯存于空氣流通的庫房內進行干燥、熟化處理，使珠粒泡孔內、外壓力平衡，具有一定的彈性。成型階段，熟化后的可發性聚苯乙烯珠粒由輸送設備輸送并填滿成型腔，熱蒸汽通過型腔壁的氣孔進入型腔內，珠粒受熱后再度軟化膨脹，由于型腔的限制，膨脹的珠粒得以填滿全部空隙，并完全粘結為一整體，形成與模具形狀相同的EPS泡沫大板，再通水冷卻定型，最后再根據所需規格尺寸進行二次切割，形成EPS板材。

由EPS生產過程可見，EPS板生產的每個階段的工藝參數是否匹配都將對EPS板的表觀密度有較大影響。

3 生產過程對EPS板表觀密度的影響

3.1預發泡過程的影響因素

EPS生產過程中第一步就是進行預發泡，首先將EPS原料加入進料機中，通過輸送裝置將原料輸送到預發機中。EPS原料中的發泡劑主要成份是戊烷，戊烷的含量對可發性聚苯乙烯的加工性能影響很大。如果EPS原料中發泡劑含量過高，預發完的珠粒容易產生開花、變形開裂等現象；發泡劑含量過低，發泡倍率降低，加熱時間過長，成型過程中EPS珠粒之間粘結性差，產品易收縮和掉粒等現象。預發泡過程中，含有發泡劑的珠粒在80℃以前并不會發泡，只是珠粒中的發泡劑向外擴散，此時珠粒還不會膨脹。當溫度大于80℃，珠粒開始軟化，分布在它內部的發泡劑受熱，氣化產生壓力，導致珠粒開始膨脹并形成互不連通的泡孔。同時，蒸汽也滲入到這些泡孔中，增加了孔中總壓力。隨著時間的推移，蒸汽不斷深入，壓力也不斷增大，珠粒的體積也不斷增大。

EPS板的表觀密度與預發珠粒的容重有直接的關系，預發珠粒的容重與EPS原料所含的發泡劑量、蒸汽壓力和預發時間是密切相關的。通入蒸汽的壓力與時間均需根據不同原料的發泡劑含量、分子量、粒度等特性經過試發后確定。在通常情況下，氣壓不變，預發珠粒的容重隨著通氣時間的延長而下降，或通氣時間不變，預發珠粒的容重隨著蒸汽氣壓的升高而下降。

3.2熟化過程的影響因素

剛出機的預發珠粒，其內部有一些真空狀態，沒有彈性，保留一定量的發泡劑和水蒸汽，通常將預發珠粒裝在尼龍網制的袋或料箱中，然后貯存于空氣流通的庫房內進行熟化。熟化處理過程中，珠粒經過空氣冷卻，泡孔內氣孔的的發泡劑和水蒸汽被冷凝成液體，使泡孔內形成了真空。同時，空氣通過泡孔膜滲透到泡孔內部，使泡孔內的壓力與外界壓力相平衡，這樣會使預發后的珠粒具有彈性。

熟化周期決定于珠粒的容重、空氣的濕度及貯存環境的溫度等因素。此外，熟化過程要求泡孔冷凝的戊烷重新被吸收入EPS的量達到最大。熟化又是外界空氣滲入泡孔和泡孔內戊烷氣體向外擴散而損耗的過程，因此熟化時間存在最佳值。為了有利于成型過程中的粘結，熟化時間宜為8h～12h，熟化時間過短會使產品加熱成型時粘結性能變差。

熟化溫度也一定程度影響珠粒的容重，熟化環境宜為18℃～22℃，外界空氣向泡孔滲入而泡孔內戊烷氣體基本上未向外擴散。溫度高于22℃空氣滲入的速率明顯加快，泡孔內戊烷向外擴散而損耗。溫度低于20℃，冷凝的戊烷重新吸入EPS的速度減慢，空氣滲入的速率亦降低。

3.3成型過程中的影響因素

模壓成型包括二個階段，蒸汽加熱和冷卻定型。將熟化后的可發性聚苯乙烯珠粒填滿密閉的型腔，將熱蒸汽通過型壁的氣孔直接進入型腔內，使珠粒受熱后軟化膨脹。在大約20s～60s的時間內，空氣來不及逸出，受熱膨脹后產生壓力的總和大于珠粒外面所加熱的蒸汽壓力，此時聚合物軟化，發泡劑汽化后泡孔內的壓力大于外面的壓力，珠粒又再度膨脹，由于型腔的限制，膨脹的珠粒得以填滿全部空隙，完全粘結為一整體，形成與模具形狀相同的泡沫塑料制品，通水冷卻定型后可進行脫模。

目前多數企業生產設備成型時采用真空抽料，送料距離遠、速度快，但對模具的密封性和真空度要求較高。受加熱方式和蒸汽壓力的影響，成型的EPS板存在密度不均勻的現象，這就造成一塊大板切割后的板材密度有的可以達到要求，有的就不能滿足要求。

4 結語

EPS板作為一種有機泡沫材料，具有優異的保溫性能及尺寸穩定性，且生產成本較低、性價比高，是節能建筑應用最為廣泛的有機保溫材料之一，其性能好壞直接關系著建筑節能效果。表觀密度是反映EPS板性能好壞的重要指標，生產過程中，合理控制預發泡、熟化及成型等每個生產階段的工藝參數，對穩定EPS板產品的表觀密度，提高產品性能，降低生產成本具有重要的現實意義。