Оборудование для производства изоляции из вспененного полиэтилена. Получение и основные сферы применения вспененного полиэтилена. Экструдирование листа с заданными параметрами

Материал, который НЕ проводит электричество, НЕ пропускает воду, НЕ выделяет вредную «химию», НЕ дает теплу покинуть пределы помещения. Четыре частицы «не» описывают свойства одного из лучших теплоизоляторов современности - вспененного полиэтилена или пенополиэтилена (ППЭ). Для того чтобы получить материал, над ПВД (полиэтилен высокого давления) проводили массу опытов - его насыщали газами, подвергали диффузии, расплавляли, смешивали с присадками. Результат оправдал затраченные усилия, получился материал, удовлетворяющий множеству запросов.

Что такое вспененный полиэтилен, виды материала, технологии производства

Вспененный полиэтилен — это полимерный материал, получаемый введением углеводородной газовой смеси в структуру полиэтилена, в результате чего получается пористый, пластичный и прочный полимер с ячеистой структурой. Выпускается он в форме листов, жгутов и рулонов.

Весь производимый на сегодняшний момент вспененный полиэтилен делится на три вида:

Несшитый (НПЭ). Самый дешевый из линейки вспененного полиэтилена. Его выпуск Европа наладила еще в конце прошлого века. Расплавленную в экструдере полимерную массу насыщают газом, как правило, бутаном. При заливке в форму полиэтилен попадает в зону атмосферного давления, пузырьки газа пытаются выйти на поверхность, и, застывая, образуют ячеистую структуру. Несшитый пенополиэтилен - хороший теплоизолятор, но из-за малой плотности и рыхлой крупнопористой структуры изделия из него редко используют в строительстве. В основном материал идет на изготовление упаковки.
Сшитый химическим способом (ХППЭ). Оборудование для производства вспененного полиэтилена ХППЭ используется то же, что и для несшитого, но при этом в технологию вводят дополнительную обработку перекисью водорода. Это убирает все недостатки присущие несшитому полиэтилену - материал становится плотнее, ячейки меньше, полимер может восстанавливать свою первоначальную форму после деформации.
Сшитый физическим или радиационным способом (ФППЭ). Самый дорогой из вспенненых полиэтиленов. Сшивка молекул полимера происходит за счет потока электронов, испускаемых излучателем. Облучение образует поперечные связи, укрепляющие молекулярную сетку пенополиэтилена. На выходе получают эластичное мягкое полотно с гладкой поверхностью, способное выдерживать давление до 0,035МПа. У физически и химически сшитого ПЭ близкие характеристики, но ФППЭ быстрее восстанавливает форму после нагрузки и лучше прилегает к уплотняемым формам. Подложку для пола делают из вспененного полиэтилена, изготовленного радиационным способом.

Технические характеристики

Основные свойства и характеристики вспененного полиэтилена следующие:

Плотность ППЭ зависит от способа его производства и составляет: для ФППЭ и ХППЭ - от 33 кг/м3 до 300-500 кг/м3. Несшитый ППЭ значительно легче. Согласно ТУ, его плотность должна быть не менее 20 кг/м 3 , но по факту, продается материал с плотностью 12-18 кг/м3.
Температура применения (у разных производителей) колеблется в пределах ± 10 0 С, но в среднем, границы его рабочих температур – от — 60 0 С … + 75 0 С. При отсутствии контакта с воздухом ФППЭ и ХППЭ могут кратковременно использоваться при температурах до +150 0 С (несшитый до +100 0 С). Если использовать ППЭ при температурах ниже — 60 0 С, то материал становится хрупким, а его остаточная деформация увеличивается до 35-40%.
У вспененного полиэтилена, как и у всех полимеров с закрытопористой структурой, низкий коэффициент теплопроводности, составляющий 0,03-0,38 Вт/м*К. Изоляция из вспененного полиэтилена по своим теплосберегающим характеристикам уступает только пенополиуретану.
У сшитого и несшитого ППЭ разная паропроницаемость. Для несшитого — этот показатель находится в пределах 0,003 мг/м*ч*Па, для сшитого почти в три раза меньше - 0,001 мг/м*ч*Па.

Изделия из пенополиэтилена и область их применения

Фольгированный пенополиэтилен — продается в рулонах шириной 1,0-1,2 метра. Представляет собой утеплитель из химически сшитого вспененного полиэтилена, покрытого полированной алюминиевой фольгой. Применяется для теплоизоляции стен, промышленного оборудования, инженерных систем. Самые популярные из модификаций: «А» (фольга с одной стороны), «В» (двухстороннее фольгирование), «С» (одна сторона - фольга, на другой - клеевое покрытие), «ALP» (одностороннее фольгирование с защитной пленкой), «Пенофол» (вспененный полиэтилен с перфорированным покрытием из фольги).

Скорлупы для труб представляют собой трубные оболочки с четко выдержанным внутренним диаметром. Могут выпускаться с готовым технологическим разрезом по всей длине (для смонтированных труб) или без разреза. Оболочки для труб, проходящих на открытом воздухе, изготавливают в защитном полимерном покрытии. Используются в качестве теплоизоляции инженерных систем ГВС и систем кондиционирования. Выпускаются с наружным диаметром 6-114 мм, толщиной вспененного полиэтилена 6-25 мм.

Компенсационные маты — используют в качестве амортизирующей теплоизоляции в местах поворотов трубопроводов ГВС, для тепло- и шумоизоляции стен, перегородок, полов. Получают маты путем склеивания полотнищ вспененного полиэтилена. Процесс происходит при высоких температурах, поэтому тело демпфирующего мата представляет собой неразрывную структуру, устойчивую к внешним повреждениям. Маты компенсационные из вспененного полиэтилена поставляются листами, стандартный размер - 1х2 м, толщина от 10 до 100 мм.

Жгуты — цилиндрический уплотнитель из вспененного полиэтилена, выпускаются изделия с наружным диаметром Ø 6-120 мм. 1. Жгуты Ø 6-12 мм закладывают в температурные швы бетонных полов. Ø 12-20 мм уплотняют зазоры между стеной и коробками дверей или окон. Ну а самыми большими в сортаменте жгутами Ø 20-60 мм заполняют стыки в стенах панельных домов.

Подложка — изготавливается из физически и химического сшитого ППЭ. Выпускается в рулонах шириной до 3 метров и толщиной 2-5 мм. Подложка из вспененного полиэтилена используется в качестве подкладочного слоя между стяжкой и ламинатом.

Упаковочный пенополиэтилен. На упаковку идет, как правило, несшитый пенополиэтилен в виде рулонов и пакетов разного размера и толщины (0,5-20 мм). Но встречается и тара, изготовленная под заказ - различные вкладыши, защитные уголки. Пакеты из вспененного пенополиэтилена - наиболее популярный тип упаковки. Они не пропускают воду, прочны, амортизируют удары и снижают вибрацию груза во время перевозок. Чтобы сделать пакет более прочным и улучшить его теплоизолирующие свойства, сверху его покрывают металлизированной пенопропиленовой или обычной пленкой, капроном, крафтбумагой. Упаковочный материал из вспененного полиэтилена используется для перевозки электротехники, мебели, посуды, обуви.

Преимущества и недостатки

О плюсах материала:

Как и у всех вспененных полимеров, у ППЭ низкий коэффициент теплопроводности - 0,035 Вт/(м·град).
У материала неплохие амортизирующие свойства. Из вспененного полиэтилена делают: упаковку (плотность 25-33 кг/м3), подложку для пола (плотность 300 кг/м3), прокладки для оборудования (300-500 кг/м3).
Вспененный полиэтилен обладает диэлектрическими свойствами, поэтому из самозатухающего ППЭ делают электрическую изоляцию высокочастотных кабелей. Диэлектрическая проницаемость ППЭ находится в пределах 1,4…1,5 (вода - 81, вакуум - 1).
ППЭ - инертный материал, не вступающий в химические реакции.
А еще это легкий и непромокаемый материал, его не едят насекомые и мыши. И самое главное - он недорогой.

Есть у него и недостатки:

Фольгированный ППЭ будет работать как теплоизоляция только если перед слоем фольги будет хотя бы 2-3 см воздушной прослойки.
Выше 100 0 С материал начинает плавиться, а затем и гореть. Использовать его можно только в помещениях с высокой удельной пожарной нагрузкой.

Безопасность вспененного полиэтилена

Полиэтилен — один из самых стабильных соединений на планете. Из гранул полиэтилена, что идут на изготовление теплоизоляции, делают канистры и бутылки для воды, упаковку для пищевых продуктов, трубы водопровода.

На бытовом уровне, если использовать его в диапазоне рабочих температур, вспененный полиэтилен безвреден. Опасность ППЭ представляет при нагревании свыше 110-120 0 С.

При горении он выделяет уксусную кислоту, формальдегид, оксид углерода.

Период распада материала около 200 лет. Это, с одной стороны, делает его одним из самых долговечных материалов (что хорошо). Но с другой стороны полиэтилен, как и пластик - настоящее бедствие для земной экологии, так как скапливается большое количество отходов вспененного полиэтилена.

Основные бренды на современном рынке

Производители отечественного вспененного полиэтилена: Тепофол, Вилатерм, Изолон, Energoflex (ROLS ISOMARKET), Thermaflex, Полифом, Пенофол, Порилекс.

Европейские и американские производители вспененного полиэтилена: DOW, Sealed Air, Pactiv, TROCELLEN, EPE Corporation Group, Alveo.

Каждый год в мире изготавливается до 185 тысяч тонн вспененного пенополиэтилена. Это немало. Несмотря на то, что этот рынок считается сравнительно молодым, темпы выпуска ППЭ уже обогнали в скорости производство пленки -крупнейшего сегмента полиэтилена ПВД. Ожидается, что рост потребления этого теплоизолятора будет расти и дальше за счет вытеснения более дорогих заменителей и применения вспененного полиэтилена в областях, где он ранее не использовался - в электротехнике, туристическом снаряжении и др.

Тонкости открытия бизнеса

Вспененный полиэтилен в промышленности

Вспененный полиэтилен (пенополиэтилен) находит свое применение во многих отраслях промышленности и строительства. В сфере строительства его используют как хороший теплоизолятор, на мебельных производствах его применяют как упаковку, защищающую предметы от истирания и ударов в процессе перевозки. Автомобилисты применяют «вспененку» как материал для шумоизоляции. Домовладельцы используют его как подложку под паркет, ламинат или линолеум.

Технология производства вспененного полиэтилена

Пенополиэтилен изготавливается из полиэтилена высокого давления (реже - из полиэтилена низкого давления). В процессе производства к искомому сырью добавляются огнегасящие присадки, благодаря чему материал получается стойким к возгаранию. Технология производства предполагает выполнение двух главных этапов: расплав гранул полиэтилена и соединение сырья со сжиженным газом, являющегося хорошим реагентом. Газ как раз и формирует вспененную структуру будущего продукта. Производство пенополиэтилена может проходить по разной технологии вспенивания:

Несшитый - экструзия + физический газообразователь (пропан-бутан, изобутан);
Химически сшитый - смешение + азодикарбонамид, экструзия, формирования и сшивка со вспениванием под нагревом;
Физически сшитый - сшивка путем обстрела потоком быстрых электронов и вспенивание.

Тонкости открытия бизнеса

Учитывайте тот факт, что производство пенополиэтилена - не совсем экологически чистый процесс. Нагревание полиэтилена до высоких температур предполагает выделение опасных ядов, разрушающих нервную систему и вызывающих раковые заболевания. Нет, сам продукт получается безвредным, но вот его производство… По этой причине открыть цех в непосредственной близости к жилому сектору не получится. Минимальное отдаление - 500 м (а то и больше).

Какое оборудование выбрать для производства

Некоторые трудности могут возникнуть с подбором оборудования. В нашей стране производителей готовых линий для выпуска ВП листов почти нет. Единственно известный производитель — ООО «Полипром Кузнецк». Поэтому, скорее всего, придется закупать либо б. у. оборудование (что черева то частыми поломками), либо приобретать его в новом виде у китайских производителей. Примерный состав линии включает: загрузчик сырья, площадку оператора, систему впрыска талька, экструдер, насос высокого давления, узел антиусадки, экструзионную голову, воздушное кольцо с вентилятором раздува, охлаждающий элемент, тянущее устройство, двухстанционный намотчик, систему управление линией. Ориентировочная цена линии: от $150 000. Выбор оборудования и технологии для производства зависит и от того, какой плотности нужен полиэтилен. Так, газовый метод считается более дорогим, в то время как химический - более дешевый.

Сколько можно заработать на вспененном полиэтилене

Средняя производительность современных линий: от 50 до 300 кг готовой продукции в час или 400 - 2400 кг в смену. При отпускной цене в 40 руб./кг. это означает ежемесячный оборот в 352 000 - 2 112 000 рублей. Производителей «вспененки» в нашей стране еще не так много, тогда как потребность - высокая. Открывая подобное предприятие, даже с небольшими мощностями, можно рассчитывать на так называемую монополию в своем регионе.

Пошаговый план открытия бизнеса по производству вспененного полиэтилена

Анализ рынка сбыта полиэтилена.
Аренда помещения.
Приобретение оборудования.
Проведение рекламной кампании.
Организация сбыта, утилизации отходов.

После того, как организационные вопросы завершены необходимо получить разрешительную документацию, выдаваемую местной администрацией, СЭС, экологической службой. Также на начальном этапе запуска производства стоит решить проблему с утилизацией отходов: запустить производство пакетов для мусора или заключить договор с компанией, которая использует такие отходы в своем производстве.

Сколько нужно денег для старта бизнеса

Оформление разрешительной документации - от 5000 руб.
Технологическая линия с настройкой станков - от 1.5 млн. руб.
Складское оборудование - от 60000 руб.
Сырье - от 100000 руб.
Иные затраты - более 25000 руб.

Для запуска бизнеса потребуется около 2 млн. руб. Окупаемость деятельности происходит на протяжении 1-2 год.

Какой ОКВЄД указать при регистрации

22 - производство пластмассовых изделий для упаковки.
47 - реализация прочих потребительских непродовольственных продуктов.

Какие документы нужны для регистрации бизнеса

Для регистрации бизнеса потребуется легализация деятельности в качестве ООО. Для оформления компании необходимо в налоговую службу подать заявление, ксерокопию паспорта, свидетельства о рождении, квитанцию об уплате госпошлины. Регистрация ООО происходит так же, как и ИП, но дает больше возможностей для развития бизнеса.

Какую систему налогообложения выбрать при регистрации

Для ведения бизнеса могут быть использованы разные системы налогообложения: УСН, ЕНВД, ОСНО. Чаще всего начинающие бизнесмены используют УСН, ведь система позволяет производителю работать в самых щадящих налоговых условиях.

Нужно ли разрешение для открытия производства

Производство вспененного полиэтилена относится к вредному процессу. Поэтому при запуске бизнеса потребуется получить сертификат на производство полиэтилена, оформить разрешения. Для успешной реализации продукции потребуется пройти сертификацию на соответствие ГОСТу 10354-82. Существуют также требования к помещению, в котором будет производиться пленка.

Вспененный полиэтилен выпускается в разных видах, в том числе рулонами

Название вспененный полиэтилен (также именуемый пенополиэтиленом) объединяет группу эластичных материалов, используемых для технической и строительной изоляции. К ней относятся теплоизоляция и гидроизоляция труб, разного рода инженерных коммуникаций (отопительных систем, водоснабжающих, вентиляционных), разного назначения зданий (как жилых, так и производственно-технических).

Вспененный полиэтилен имеет специфическую структуру с закрытыми порами. Материал (в разных видах) применяется широко - и для дополнительной теплоизоляции, и для гидроизоляции, и для шумоизоляции самых различных строительных конструкций. Также его используют широко в машиностроительной индустрии. В том числе в целях изоляции всевозможных видов оборудования.
Видов изоляции из вспененного полиэтилена известно на сегодняшний день немало. Учитывая самый разнообразный ассортимент выпускаемой продукции, сложно даже перечислить все его разновидности.

Но наиболее популярные виды изделий из пенополиэтилена, а также их характерные параметры стоит отметить, так же как уместно будет и привести ориентировочные цены на них.

Фольгированный пенополиэтилен

Брендовое наименование продвигаемого материала по названию известной торговой марки производителя. Материал на основе вспененного полиэтилена для эффективной тепло- и пароизоляции. Выпускается в рулонах, имеет перфорацию и специальный самоклеющийся слой для удобства монтажа. Толщина в диапазоне от 3 до 10 мм, длина рулона – от 15 до 30 м, стандартная ширина 60 см. Пенофол из пенополиэтиленовых утеплителей на нашем рынке, пожалуй, стал одним из самых распространенных.
Цена – от 1 500 руб/за рулон.

.
Так называется теплоизоляционный уплотнительный жгут. Имеет сечение 6 мм. Изделие успешно применяется при температурах в широком диапазоне (- 60 град.С до + 80 град.С. Используют для звуко- и теплоизоляции вентиляционных каналов, а также оконных и дверных проемов (в шведских технологиях утепления), систем дымоудаления и др.
Цена – от 3,12 руб/п.м.

Стандартная плотность изоляционных материалов на основе вспененного полиэтилена, которую указывают производители, составляет 33-40кг/куб.м. Благодаря вспененным полимерам такая изоляция становится особо технологичной, химически устойчивой и водостойкой.
По данным изготовителей, подобной изоляцией можно обеспечить экономию едва ли не до 70% тепла, что, видимо, всё-таки является завышенным показателем.
Материал также довольно активно используется различными службами и потребителями для защиты трубопроводов от потения и образования конденсата. При этом сам материал длительно сохраняет собственные исходные характеристики.

Производство

Уплотнитель из вспененного полиэтилена полиизол выпускается в виде жгутов и применяется для изоляции трубопроводов

Вспененные полиэтиленовые материалы выпускаются ныне целым рядом российских заводов, в том числе они производятся в городах Краснодаре, Волгограде, Ставрополе и др. Материал выпускается с разным покрытием и без такового; в виде плотных матов на клеевой основе; рулонный. Специально для изоляции труб вспененные полиэтилены выпускаются в виде трубчатой оболочки и жгутами.

С покрытием

Материал чаще всего имеет одностороннее либо двустороннее покрытие. Чаще всего это оказывается фольга, лавсан или металлизированная пленка. На данном основании материалы из вспененного полиэтилена с фольгированной основой зачастую называют .

Без покрытия

Не имеющий покрытия пенополиэтилен уместен в качестве тепловой звуковой изоляции в виде подложки под обои, его советуют использовать под «теплые» электрические и водяные полы, а также под разные напольные покрытия (плитку, паркет, линолеум). Трубная оболочка и жгуты широко применимы в целях защиты зданий (как снаружи, так и изнутри) от промерзаний, конденсата и коррозии. Также используется для уплотнения стыков при установке окон и дверей, сантехнического оборудования и при других строительных работах.

Сфера применения

Сфера применения материалов на основе вспененного полиэтилена в стройиндустрии достаточно обширна.

утепление поверхностей стен;
теплоизоляция труб разного назначения;
вентиляционные и кондиционирующие системы;
отражающая изоляция в целях увеличения энергоэффективности отопительных систем;
изоляция горячего и холодного водоснабжения.

Изделия из вспененного полиэтилена в основном предназначаются для использования в широком температурном диапазоне: от -40 град. С до +70 град. C и при относительной влажности воздуха вплоть до 100%.

Маты из пенополиэтилена могут использоваться в качестве спортивного инвентаря

Понятно, что использование такого материала, как вспененный полиэтилен, в качестве основной подложки под напольные покрытия не подразумевает жестких условий эксплуатации, но все же материал даст неплохую дополнительную защиту и теплоизоляцию. Так что он вполне успешно и достаточно часто применяется в качестве подложки, изолирующей тепло, нежелательные шумы и вибрации. Считать вспененные полиэтилены полноценной одиночной теплоизоляцией, конечно, нельзя, но в качестве дополнительной он вполне оправдан. Также для подложки при укладке, например, ламината, - это вполне неплохое решение. Материал используют и для подложки при укладке паркетного пола на бетонное основание, а также напольных плит либо линолеумных покрытий.

Вспененный полиэтилен в системе теплых полов

Пенополиэтилен с фольгой оптимально подходит при монтаже инфракрасного пленочного пола в качестве отражающей подложки под полимерную пленку

Фольгированный вспененный полиэтилен, по моему собственному опыту, является оптимальным решением при обустройстве инфракрасного пленочного «теплого пола» в помещении. Впрочем, надо признать, он нередко используется в качестве добавочной подложки в разных системах и технологиях теплых полов.

Также материал монтируют иногда в виде подложки под обои либо гипсокартонную отделку - для дополнительной шумовой и гидроизоляционной защиты.

Эффективность: о чем не говорят производители

Вернее, иногда, бывает, что и говорят - но как-то больше вскользь.

Я лично ничего не имею против отражающих изоляционных материалов, даже сам пользуюсь ими нередко, но хочу, чтобы вы обратили внимание на несколько важных моментов:

Отражающая изоляция в действительности «работает» лишь с соответствующей воздушной прослойкой перед нею. Так что заливать ее в стяжку, к примеру, подкладывая под теплый пол, смысла не имеет.
Вспененный полиэтилен без фольгированной основы (Пенофол или другой) - для инфракрасного излучения почти что прозрачен.
Сопротивление теплопередаче (R) 0,049 Вт/м °С указывается сугубо для материала подложки, т.е. вспененного полиэтилена. Верхний его слой (фольга) подобными характеристика не обладает.

Вредность

С вопросом «вреден ли пенополиэтилен?», к нам обращаются в в последнее время нередко. Думается, страхи излишни. В нейтральном состоянии полиэтилен не представляет опасности.
При нагревании материала на воздухе до температур выше 120 град. С возможно некоторое выделение в атмосферу летучих продуктов термоокислительной деструкции, а они содержат уксусную кислоту, формальдегид (оказывающий общетоксичное действие), ацетальдегид (способен вызывать раздражение слизистой верхних дыхательных путей, а также, возможно, удушье, внезапные приступы кашля вплоть до бронхита), оксид углерода (может вызывать удушье). Вот такие риски следует знать - опять-таки, напомню, это всё в случае нагревания полиэтилена до высокой температуры.
А на бытовом уровне его, пожалуй, даже принято считать практически безвредным. Во всяком случае, материал не вреднее пластика, из которого в массовом порядке делаются современные окна. Вспененный полиэтилен как минимум химически устойчив (полиэтиленовые емкости используются даже для перевозки некоторых кислот), в обычной среде практически не разлагается и соответственно ничего не выделяет.

Утеплители на основе вспененного полиэтилена

Каких видов бывают утеплители из вспененного полиэтилена, можно посмотреть в нашем видео обзоре:

Как известно пенополиэтилен можно разделить на два больших класса - со сшитой молекулярной структурой и несшитой. Для производства таких материалов требуется различное оборудование.

Классическая технология производства сшитых пенополиолефинов происходит в четыре основных этапа (смешивание, экструзия, сшивка, формование):

1. Взвешивание и дозирование компонентов, подготовка смеси для последующей экструзии

На этом этапе подготовленные чистые компоненты с высокой точностью смешиваются в необходимы компаунд, который обычно включает:

а) полиолефин (полиэтилен или полипропилен) б) сшивающий агент DCP (для случая химической сшивки) в) вспенивающий агент на базе нитрогена (азодикарбонамид) г) окрашивающие пигменты д) специфические добавки (антипирены, другие сополимеры и т.п.)

2. Экструдирование листа с заданными параметрами

Процесс экструзии широко распространенная операция для производства таких изделий как трубы, профили, листы. В экструдере находятся один или два шнека (винта) которые вращаясь выдавливают разогретый материал через экструзионную головку (фильеру), придающую изделию нужную форму.

3. Физическая сшивка листа в ускорителе электронов

В данном случае показан метод физической сшивки который не требует каких-либо химических добавок. Материал проходит через установку, облучающую его с двух сторон пучком электронов.

4. Вспенивание листа

Существует три стандартных варианта процесса вспенивания (горизонтальный, вертикальный, под прессом):

а) горизонтальное вспенивание

Подходит для химически и физически сшитых материалов. В первом случае сшивание происходит в начале процесса, во втором материал должен подаваться уже сшитым. В обоих случаях процесс проходит при высокой температуре.

б) вертикальное вспенивание

Для этого процесса производства подается уже физически сшитый материал. Материал нагревается и охлаждаясь наматывается на крупногабаритные бобины.

в) вспенивание под прессом

Данный процесс подходит для материала большой толщины и химически сшитом. Здесь после экструдера материал обрезается и подается в сшивающий блок, после которого подается в пресс, где вспенивается при высокой температуре и давлении.

Из печей выходит лист пенополиэтилена, который упаковывается в рулоны и поступает в продажу или подвергается дальнейшей обработке.

Технологический процесс производства несшитого пенополиэтилена значительно проще, что положительно сказывается на его стоимости.

Несшитые пены

Несшитые пены обычно формируются введением в расплав полимера вспенивающего агента для формирования, так называемого пенного геля-пасты, с дальнейшим экструдированием пасты и формированием формы изделия. В зависимости от характеристики и настройки оборудования изделие может принимать форму пленки, пластины, прутков, волокна или отдельных бусинок- гранул.

До смешивания со вспенивающим агентом, полимер нагревают до или выше точки перехода из кристаллической формы в текучую. Вспенивающий агент добавляется или смешивается в расплав непосредственно в экструдер, миксере, смесителе или подобное оборудование. Используемый агент должен иметь превосходную растворимость в полимере при высоких температурах и давлениях обычно характерных для процессов формирования экструдирования вспененных материалов.

В качестве вспенивателей обычно используют -гидрокарбонаты (hydrocarbons) такие как изобутан (isobutene) или обычный бутан, окись углирода (carbon dioxide) и его смеси. При этом вспенивающий агент смешивается с расплавленным полимером при высоком давлении, подобранным так, чтобы было достаточно предотвратить существенное расширение полимерного материала и максимально разогнать вспенивающий агент по всему объему полимера.

До экструдирования полимерная пена обычно охлаждается до более низкой температуры в которой происходит вспенивание, при этом упругость расплава достаточно высока, чтобы стабилизировать пену, предотвращая разрушение ячейки. Эта температура, часто упоминаемая как температура вспенивания и является обычно выше температуры перехода кристаллизации каждого компонента полимера (Tg) или для полимеров, имеющих высокую кристализацию, называется пиковой температурой прозрачности расплава (Tm). Гель-паста может быть охлажден непосредственно в экструдере или в другом устройстве смешивания, или в отдельных холодильниках. При прохождении геля через экструзионную головку, т.е. в зоне формирования формы будущего изделия давление ниже и обычно равно атмосферному.

Сшитые пены

При производстве молекулярно сшитых вспененных материалов, сшивание и расширение происходит при повышенной температуре, чтобы процесс вспенивания происходил одновременно или последовательно.

Если применяется химически сшивающий агент, его добавляют в материал одновременно с вспенивающим агентом. При химической сшивке расплав полимера обычно нагревается до температуры не больше 150°C, чтобы предотвратить разрушении сшивающего или вспенивающего агента или дующего агента и предотвратить преждевременное сшивание.

Если применяется сшитие методом облучения (радиационносшитый), то расплава полимера обычно нагревается до температуры не выше чем 160°C, чтобы предотвратить разложение вспенивающей добавки.

Вспененный расплав подается в эструзионный блок, формирующий желаемую форму и структуру изделия. Для формирования структуры температуру материала поднимают обычно до 150°C-250°C в своеобразной духовке.

При применении радиационной сшивки структура пены облучается на этапе повышения температуры. Как при химическом так и при радиационном процессе, сшитая структура формируется в материале в форме листа или тонкой плиты, позволяющие полимеру наиболее качественно выполнить процессы сшивания и вспенивания.

Производство сшитых вспененных волокон, жгутов и литых изделий проходит двумя способами.

В одном случае, полимер смешанный с сшивающим и вспенивающими агентами, нагревают и формируют изделие в пресс-форме, пена сшивается и вспенивающий агент разлагается. Впоследствии вспененный состав расширяется под давлением. По выбору, формованная пена, полученная после снятия давления, может быть перенагрета, чтобы получить еще большее расширение.

Во втором случае, пена может быть подготовлена в виде уже сшитого листа полимера, содержащим вспенивающий агент. Затем материал расширяют при высокой температуре, или посредством нагревания химически сшитого полимерного листа, с пропитыванием азотом при более высоком давлении и температуре выше точки отвердевания. Снижение давления проводит к увеличению жесткости пузырей и некоторому расширению листа. Лист перенагревают при более низком давлении и температуре не позволяющей отвердеть материалу, затем давление снижают, чтобы позволить пене расшириться.

В сшитых полимерах между молекулами материала устанавливаются прочные межмолекулярные связи, образующие своеобразный пространственный каркас. Такие материалы утрачивают свойственную несшитым полимерам пластичность и становятся эластичными (при снятии нагрузки возвращаются в прежнее состояние), что сказывается на повышении их прочностных свойств и температурной стойкости.

Гранулированные пены

Вспененные и расширенные бусинки-гранулы могут формироваться по одной или партией в процессе экструзии и так же могут быть молекулярно сшитыми и несшитыми. Вспененные гранулы затем спрессовывают или формуют в конечные изделия. В производственном процессе дискретные полимерные частицы, подготовленные смешиванием расплава и реактивным смешиванием, пропитываются вспенивающим агентом и по необходимости сшивающим в водной или безводной суспензии при повышенной температуре и давлении.

В водной суспензии вспенивающий (и может быть вспенивающий) помещаются в жидкую среду в которой гранулы практически не растворяются при повышении давления и температуре в автоклаве или другом устройстве. Материалу не дают возможности сильно расшириться, быстро снимая давление или охлаждая до формы гранул. На отдельном этапе, нерасширенные гранулы нагревают, например паром или с горячим воздухом, чтобы их расширить.

Процесс экструзии может также использоваться, чтобы получить вспененные полимерные гранулы. Метод сходен с обычным процессом экструзии пены, но экструзионная головка в данном случае будет иметь одно или множество отверстия, задающих размеры гранул.

В данном случае требуется (a), охлаждение вспененного геля до температуры не выше температуры вспенивания (b) экструзию охлажденного геля через экструзионную щель с большим количеством отверстий (c) по необходимости поддержание кромки пены, подающейся к головке, в ванне с холодной водой и (d) и гранулирование вспененных волокон, получаемых на выходе эксрузионной головки.

В другом случае полимер размягчают и смешивают с газовым вспенивающим агентом в обычном экструдере, для формирования по существу непрерывного вспененного волокна или кромки, который затем дробится или гранулируется. Затем молекулы полученного гранулята сшивают облучением радиацией и полученные частицы соединяют различными способами для получения законченного изделия.

Выбор оборудования для производства

Для производства материала разной плотности оборудование имеет свои различия. Его можно разделить на два класса: для плотности от 25 до 50 кг/м3 с использование в качестве вспенивателя фреоны или алкановые смеси (бутан) и для плотности от 200 до 400 кг/м3 с СО2 вспенивателем (г/литр). Возможны так же комбинированные модификации. Как правило, такие листовые материалы плотностью выше 200 кг/м3 не производят толщиной больше 3-5 мм.

Известно, что газовый метод более дорогой, но имеет коэффициент вспененности в несколько десятков раз. Химический метод на 20 % дешевле, но коэффициент вспененности ограничен 5-6 разами. Например, для материалов плотностью 50 кг/м3 больше подходит газовый метод.

Обычно производители используют одно оборудование, как для производства вспененных листов, так и изоляционных труб. Практически каждое подобное оборудование позволяет производить вспененные листы, как из полиэтилена, так и из полипропилена (особенно для производства труб). Вопрос работы на полистироле может решиться дополнительной комплектацией.