МИКРОВОЛНОВОЙ СПОСОБ ВСПЕНИВАНИЯ ГРАНУЛ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА
MICROWAVE FOAMING OF FOAM POLYSTYRENE GRANULES

Изобретение относится к технологии вспенивания гранул полистирола, содержащих пентан или изопентан. Изобретение может использоваться как для первичного (предварительного) вспенивания гранул полистирола, содержащих пентан или изопентан, так и для дополнительного вспенивания гранул пенополистирола, полученных после первичного вспенивания гранул полистирола. Гранулы вспененного пенополистирола применяются в качестве теплоизоляционных засыпок, при изготовлении газифицируемых моделей, для изготовления пенополистирольных формованных изделий для теплоизоляции и упаковок, а также в качестве компонента композиционных материалов формованных изделий.
Известен статический способ вспенивания гранул полистирола, при котором вспенивание осуществляется в автоклаве - гранулы на противне помещаются в автоклав, после чего он закрывается и в него подается пар при температуре 100-105°С. Известен кинетический способ вспенивания гранул полистирола, при котором вспенивание осуществляется в лопастных и шнековых мешалках, в камеру которых непрерывно или дискретно подаются гранулы полистирола и острый пар при давлении 50-180 кПа. По мере вспенивания гранулы перемещаются лопастями или шнеком к разгрузочному окну. Известен динамический способ вспенивания гранул полистирола, основанный на непрерывном течении пара через неподвижный объем гранул при атмосферном давлении (B.C.Шуляк. Литье по выплавляемым моделям. - Санкт-Петербург, НПО «Профессионал», 2007, стр.51-52).
Известен способ вспенивания полистирола, выбранный в качестве прототипа и заключающийся в том, что гранулы полистирола при непрерывном перемешивании в вертикальном аппарате непрерывного действия подвергают обработке паром при давлении 0,3-1,8 МПа и температуре 95-105°С /см. Ю.Л.Спирина "Справочник по производству теплозвукоизоляционных материалов", М.: Стройиздат, 1975 г., стр.364/, реализованный на линии для изготовления гранул пенополистирола, при котором исходные гранулы пенополистирола дозируются в загрузочном устройстве, подаются в камеру вспенивания, вспениваются в камере вспенивания под действием пара, затем высушиваются в камере сушки, охлаждаются в камере охлаждения и проходят вылеживание в бункерах (SU 1458244 А1, В29В 9/16, Линия для изготовления гранул пенополистирола. / В.Г.Дороженко и др./, опубл. 15.02.89, бюл. N 6).
Общими недостатками упомянутых способов являются необходимость использования внешнего источника пара с определенными параметрами, высокая остаточная влажность вспененных гранул, большие габариты устройства. Предлагаемый способ не требует использования внешнего источника пара, оборудование для его реализации является мобильным, автономным.
Технический результат при осуществлении изобретения - исключение внешнего источника пара, уменьшение остаточной влажности гранул, уменьшение габаритов технологического оборудования, возможность создания мобильного оборудования.
Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе вспенивания гранул полистирола, содержащих пентан или изопентан, включающем дозирование исходных гранул полистирола, вспенивание гранул обработкой паром в камере вспенивания, сушку в камере сушки, охлаждение гранул в камере охлаждения и вылеживание вспененных, высушенных и охлажденных гранул в бункерах, особенностью является то, что вспенивание гранул производят в поле СВЧ в вертикальной камере-волноводе под воздействием пара, образующегося во всем объеме между загруженными гранулами за счет испарения при СВЧ-нагреве воды, находящейся в СВЧ-камере в 2-х источниках - ограниченном, представляющем собой пленку воды, нанесенную на гранулы при их дозированной загрузке и обволакивающую каждую гранулу, и восполняемом, представляющем собой интенсивно поглощающее СВЧ-излучение, насыщенное водой рабочее тело парогенератора на основе пористого, легко впитывающего воду или водный раствор материала, встраиваемое в активную, имеющую максимальную напряженность электрического поля волн СВЧ-излучения зону камеры-волновода.
Вода к рабочему телу парогенератора подается через запредельные отверстия и (или) неизлучающие щели волновода-камеры по трубчатым или щелевым питателям, регулирующим поток жидкости, поступающей из расположенной вне камеры емкости. Интенсивность поглощения СВЧ-энергии парогенератором, а следовательно, интенсивность образования паровой фазы и, соответственно, интенсивность вспенивания гранул, попадающих в зону действия парогенератора, могут управляться модификацией состава пористого тела, в части изменения его радиопоглощающих свойств, например, за счет его пропитки суспензиями радиопоглощающих материалов. Повышение интенсивности вспенивания гранул, попадающих в зону действия парогенератора, может также достигаться применением для насыщения пористого тела водных растворов солей, имеющих повышенный уровень СВЧ-потерь (тангенса угла диэлектрических потерь) по сравнению с водой и температуру кипения более 100°С при атмосферном давлении (например, водные растворы солей натрия или кальция различных концентрацией), вместо воды.
Электромагнитные волны СВЧ-диапазона, распространяясь вдоль оси рабочей камеры-волновода, поглощаются материалом пористого тела парогенератора, водой, заполняющей поры парогенератора, а также и пленкой воды, покрывающей поверхность каждой гранулы. Интенсивное вспенивание гранул происходит непосредственно над поверхностью пористого тела парогенератора в активной рабочей зоне камеры с максимальной напряженностью электрического поля СВЧ-излучения и достаточно высокой равномерностью плотности энергии поля. Разогрев в СВЧ-поле пленки влаги, обволакивающей гранулы, способствует более равномерному вспениванию гранул и уменьшению их остаточной влажности. Степень увлажнения гранул регулируется в задаваемых пределах при перемешивании в дозаторе перед загрузкой и убывает в процессе вспенивания гранул. В процессе вспенивания в СВЧ-поле в рабочей камере осуществляется также вибрация парогенератора, передающаяся прилегающим к его поверхности гранулам, с частотой 50-60 Гц и амплитудой, достаточной для эффективного, исключающего их слипание, перемешивания гранул в процесса вспенивания.
Применение способа обеспечивает реализацию непрерывного или периодического вспенивания гранул.
Предлагаемый способ, например, для СВЧ-камеры в форме прямоугольного волновода с волной типа Н10 реализуется следующим образом (см. фигуру, на которой показан фрагмент камеры с установленным парогенератором /сечение по широкой стенке/).
Включается вибрация встроенного в камеру-волновод 9 парогенератора, состоящего из радиопрозрачного корпуса 5 и насыщенного влагой пористого тела 6 (устройство подвода воды на фигуре не показано). В нижнюю часть активной зоны 4 дозатором 3 известной конструкции, имеющим увлажняющее устройство, на поверхность пористого тела 6 парогенератора, по направляющим радиопрозрачного корпуса 5 парогенератора, установленного внутри камеры-волновода, подаются исходные увлажненные гранулы полистирола. Попадая в активную зону 4, гранулы подвергаются интенсивному энергетическому воздействию СВЧ-излучения 1, вспениваются и под воздействием создаваемой виброприводом 7 вибрации перемещаются навстречу направлению распространения СВЧ-излучения, продолжая вспениваться и заполняя объем рабочей зоны 2 камеры, вверх, таким образом, что более вспененные гранулы поднимаются вверх, а менее вспененные опускаются вниз рабочей зоны камеры в область более интенсивного энергетического воздействия. В результате в рабочей зоне формируется псевдоожиженный столб из гранул различной плотности, наиболее легкие из которых оказываются сверху, поступая в зону выгрузки 8.
Заявляемое изобретение представляет собой способ вспенивания гранул пенополистирола, содержащих пентан или изопентан. Предлагаемый способ включает дозирование с одновременным увлажнением исходных гранул и последующее вспенивание гранул в СВЧ-поле в камере-волноводе под воздействием пара, образующегося во всем объеме между загруженными гранулами за счет СВЧ-нагрева воды, находящейся в 2-х источниках - ограниченном, представляющем собой пленку воды, нанесенную на поверхность исходных гранул при их дозировании, и восполняемом, представляющем собой интенсивно поглощающее СВЧ-излучение насыщенное водой рабочее тело парогенератора на основе пористого, легко впитывающего воду или водный раствор, материала, встраиваемое в активную, имеющую максимальную напряженность электрического поля волн СВЧ-излучения зону камеры-волновода. С целью достижения более равномерного вспенивания гранул, исключения их слипания парогенератор с его пористым телом подвергаются вибрации с частотой 50-60 Гц и амплитудой, достаточной для эффективного перемешивания вспенивающихся гранул.