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【摘 要】 本文描述了EPS的主要生产工艺以及生产过程中可能对表观密度产生影响的几种因素，并分析其产生原因。
【关键词】 聚苯乙烯 泡沫塑料 保温材料 表观密度
1 引言
模塑聚苯乙烯泡沫塑料板，俗称“EPS板”或“苯板”，是由可发性聚苯乙烯树脂颗粒在蒸汽作用下，经预发泡、熟化、成型并经二次切割而成的具有多孔结构的泡沫塑料板材。因其具有密度小、保温性能佳、吸水率低、尺寸稳定性优异等诸多优点，已被广泛应用于节能建筑的外墙外保温系统。
EPS板的表观密度是指单位体积的泡沫塑料在规定温度和相对湿度条件下的质量。表观密度的大小不仅决定了产品的成本，更决定了产品的压缩强度、熔结性、导热系数等综合性能。EPS的结构主要由聚苯乙烯树脂及空气组成，其表观密度是由可发性聚苯乙烯树脂颗粒性质及生产工艺所决定。其中生产工艺的匹配对EPS的表观密度以及其它性能起着至关重要的作用。
2 EPS板主要生产工艺
EPS板的生产工艺主要包括三个阶段，即预发泡、熟化、成型。预发泡阶段，含有低沸点溶剂的可发性聚苯乙烯树脂原料被置于预发泡机中，在一定的蒸汽压力和温度下进行一次（二次）预发泡，在加温加压的条件下，聚苯乙烯树脂发生软化，低沸点的发泡剂挥发，使聚苯乙烯树脂膨胀，形成预发泡的聚苯乙烯珠粒。熟化阶段，刚出发泡机的预发泡珠粒内部有一些真空状态，并没有弹性，通过输送机将其输送至尼龙网制的袋或料箱中，贮存于空气流通的库房内进行干燥、熟化处理，使珠粒泡孔内、外压力平衡，具有一定的弹性。成型阶段，熟化后的可发性聚苯乙烯珠粒由输送设备输送并填满成型腔，热蒸汽通过型腔壁的气孔进入型腔内，珠粒受热后再度软化膨胀，由于型腔的限制，膨胀的珠粒得以填满全部空隙，并完全粘结为一整体，形成与模具形状相同的EPS泡沫大板，再通水冷却定型，最后再根据所需规格尺寸进行二次切割，形成EPS板材。
由EPS生产过程可见，EPS板生产的每个阶段的工艺参数是否匹配都将对EPS板的表观密度有较大影响。
3 生产过程对EPS板表观密度的影响
3.1预发泡过程的影响因素
EPS生产过程中第一步就是进行预发泡，首先将EPS原料加入进料机中，通过输送装置将原料输送到预发机中。EPS原料中的发泡剂主要成份是戊烷，戊烷的含量对可发性聚苯乙烯的加工性能影响很大。如果EPS原料中发泡剂含量过高，预发完的珠粒容易产生开花、变形开裂等现象；发泡剂含量过低，发泡倍率降低，加热时间过长，成型过程中EPS珠粒之间粘结性差，产品易收缩和掉粒等现象。预发泡过程中，含有发泡剂的珠粒在80℃以前并不会发泡，只是珠粒中的发泡剂向外扩散，此时珠粒还不会膨胀。当温度大于80℃，珠粒开始软化，分布在它内部的发泡剂受热，气化产生压力，导致珠粒开始膨胀并形成互不连通的泡孔。同时，蒸汽也渗入到这些泡孔中，增加了孔中总压力。随着时间的推移，蒸汽不断深入，压力也不断增大，珠粒的体积也不断增大。
EPS板的表观密度与预发珠粒的容重有直接的关系，预发珠粒的容重与EPS原料所含的发泡剂量、蒸汽压力和预发时间是密切相关的。通入蒸汽的压力与时间均需根据不同原料的发泡剂含量、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，或通气时间不变，预发珠粒的容重随着蒸汽气压的升高而下降。
3.2熟化过程的影响因素
刚出机的预发珠粒，其内部有一些真空状态，没有弹性，保留一定量的发泡剂和水蒸汽，通常将预发珠粒装在尼龙网制的袋或料箱中，然后贮存于空气流通的库房内进行熟化。熟化处理过程中，珠粒经过空气冷却，泡孔内气孔的的发泡剂和水蒸汽被冷凝成液体，使泡孔内形成了真空。同时，空气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。
熟化周期决定于珠粒的容重、空气的湿度及贮存环境的温度等因素。此外，熟化过程要求泡孔冷凝的戊烷重新被吸收入EPS的量达到最大。熟化又是外界空气渗入泡孔和泡孔内戊烷气体向外扩散而损耗的过程，因此熟化时间存在最佳值。为了有利于成型过程中的粘结，熟化时间宜为8h～12h，熟化时间过短会使产品加热成型时粘结性能变差。
熟化温度也一定程度影响珠粒的容重，熟化环境宜为18℃～22℃，外界空气向泡孔渗入而泡孔内戊烷气体基本上未向外扩散。温度高于22℃空气渗入的速率明显加快，泡孔内戊烷向外扩散而损耗。温度低于20℃，冷凝的戊烷重新吸入EPS的速度减慢，空气渗入的速率亦降低。
3.3成型过程中的影响因素
模压成型包括二个阶段，蒸汽加热和冷却定型。将熟化后的可发性聚苯乙烯珠粒填满密闭的型腔，将热蒸汽通过型壁的气孔直接进入型腔内，使珠粒受热后软化膨胀。在大约20s～60s的时间内，空气来不及逸出，受热膨胀后产生压力的总和大于珠粒外面所加热的蒸汽压力，此时聚合物软化，发泡剂汽化后泡孔内的压力大于外面的压力，珠粒又再度膨胀，由于型腔的限制，膨胀的珠粒得以填满全部空隙，完全粘结为一整体，形成与模具形状相同的泡沫塑料制品，通水冷却定型后可进行脱模。
目前多数企业生产设备成型时采用真空抽料，送料距离远、速度快，但对模具的密封性和真空度要求较高。受加热方式和蒸汽压力的影响，成型的EPS板存在密度不均匀的现象，这就造成一块大板切割后的板材密度有的可以达到要求，有的就不能满足要求。
4 结语
EPS板作为一种有机泡沫材料，具有优异的保温性能及尺寸稳定性，且生产成本较低、性价比高，是节能建筑应用最为广泛的有机保温材料之一，其性能好坏直接关系着建筑节能效果。表观密度是反映EPS板性能好坏的重要指标，生产过程中，合理控制预发泡、熟化及成型等每个生产阶段的工艺参数，对稳定EPS板产品的表观密度，提高产品性能，降低生产成本具有重要的现实意义。
【关键词】 聚苯乙烯 泡沫塑料 保温材料 表观密度
1 引言
模塑聚苯乙烯泡沫塑料板，俗称“EPS板”或“苯板”，是由可发性聚苯乙烯树脂颗粒在蒸汽作用下，经预发泡、熟化、成型并经二次切割而成的具有多孔结构的泡沫塑料板材。因其具有密度小、保温性能佳、吸水率低、尺寸稳定性优异等诸多优点，已被广泛应用于节能建筑的外墙外保温系统。
EPS板的表观密度是指单位体积的泡沫塑料在规定温度和相对湿度条件下的质量。表观密度的大小不仅决定了产品的成本，更决定了产品的压缩强度、熔结性、导热系数等综合性能。EPS的结构主要由聚苯乙烯树脂及空气组成，其表观密度是由可发性聚苯乙烯树脂颗粒性质及生产工艺所决定。其中生产工艺的匹配对EPS的表观密度以及其它性能起着至关重要的作用。
2 EPS板主要生产工艺
EPS板的生产工艺主要包括三个阶段，即预发泡、熟化、成型。预发泡阶段，含有低沸点溶剂的可发性聚苯乙烯树脂原料被置于预发泡机中，在一定的蒸汽压力和温度下进行一次（二次）预发泡，在加温加压的条件下，聚苯乙烯树脂发生软化，低沸点的发泡剂挥发，使聚苯乙烯树脂膨胀，形成预发泡的聚苯乙烯珠粒。熟化阶段，刚出发泡机的预发泡珠粒内部有一些真空状态，并没有弹性，通过输送机将其输送至尼龙网制的袋或料箱中，贮存于空气流通的库房内进行干燥、熟化处理，使珠粒泡孔内、外压力平衡，具有一定的弹性。成型阶段，熟化后的可发性聚苯乙烯珠粒由输送设备输送并填满成型腔，热蒸汽通过型腔壁的气孔进入型腔内，珠粒受热后再度软化膨胀，由于型腔的限制，膨胀的珠粒得以填满全部空隙，并完全粘结为一整体，形成与模具形状相同的EPS泡沫大板，再通水冷却定型，最后再根据所需规格尺寸进行二次切割，形成EPS板材。
由EPS生产过程可见，EPS板生产的每个阶段的工艺参数是否匹配都将对EPS板的表观密度有较大影响。
3 生产过程对EPS板表观密度的影响
3.1预发泡过程的影响因素
EPS生产过程中第一步就是进行预发泡，首先将EPS原料加入进料机中，通过输送装置将原料输送到预发机中。EPS原料中的发泡剂主要成份是戊烷，戊烷的含量对可发性聚苯乙烯的加工性能影响很大。如果EPS原料中发泡剂含量过高，预发完的珠粒容易产生开花、变形开裂等现象；发泡剂含量过低，发泡倍率降低，加热时间过长，成型过程中EPS珠粒之间粘结性差，产品易收缩和掉粒等现象。预发泡过程中，含有发泡剂的珠粒在80℃以前并不会发泡，只是珠粒中的发泡剂向外扩散，此时珠粒还不会膨胀。当温度大于80℃，珠粒开始软化，分布在它内部的发泡剂受热，气化产生压力，导致珠粒开始膨胀并形成互不连通的泡孔。同时，蒸汽也渗入到这些泡孔中，增加了孔中总压力。随着时间的推移，蒸汽不断深入，压力也不断增大，珠粒的体积也不断增大。
EPS板的表观密度与预发珠粒的容重有直接的关系，预发珠粒的容重与EPS原料所含的发泡剂量、蒸汽压力和预发时间是密切相关的。通入蒸汽的压力与时间均需根据不同原料的发泡剂含量、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，或通气时间不变，预发珠粒的容重随着蒸汽气压的升高而下降。
3.2熟化过程的影响因素
刚出机的预发珠粒，其内部有一些真空状态，没有弹性，保留一定量的发泡剂和水蒸汽，通常将预发珠粒装在尼龙网制的袋或料箱中，然后贮存于空气流通的库房内进行熟化。熟化处理过程中，珠粒经过空气冷却，泡孔内气孔的的发泡剂和水蒸汽被冷凝成液体，使泡孔内形成了真空。同时，空气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。
熟化周期决定于珠粒的容重、空气的湿度及贮存环境的温度等因素。此外，熟化过程要求泡孔冷凝的戊烷重新被吸收入EPS的量达到最大。熟化又是外界空气渗入泡孔和泡孔内戊烷气体向外扩散而损耗的过程，因此熟化时间存在最佳值。为了有利于成型过程中的粘结，熟化时间宜为8h～12h，熟化时间过短会使产品加热成型时粘结性能变差。
熟化温度也一定程度影响珠粒的容重，熟化环境宜为18℃～22℃，外界空气向泡孔渗入而泡孔内戊烷气体基本上未向外扩散。温度高于22℃空气渗入的速率明显加快，泡孔内戊烷向外扩散而损耗。温度低于20℃，冷凝的戊烷重新吸入EPS的速度减慢，空气渗入的速率亦降低。
3.3成型过程中的影响因素
模压成型包括二个阶段，蒸汽加热和冷却定型。将熟化后的可发性聚苯乙烯珠粒填满密闭的型腔，将热蒸汽通过型壁的气孔直接进入型腔内，使珠粒受热后软化膨胀。在大约20s～60s的时间内，空气来不及逸出，受热膨胀后产生压力的总和大于珠粒外面所加热的蒸汽压力，此时聚合物软化，发泡剂汽化后泡孔内的压力大于外面的压力，珠粒又再度膨胀，由于型腔的限制，膨胀的珠粒得以填满全部空隙，完全粘结为一整体，形成与模具形状相同的泡沫塑料制品，通水冷却定型后可进行脱模。
目前多数企业生产设备成型时采用真空抽料，送料距离远、速度快，但对模具的密封性和真空度要求较高。受加热方式和蒸汽压力的影响，成型的EPS板存在密度不均匀的现象，这就造成一块大板切割后的板材密度有的可以达到要求，有的就不能满足要求。
4 结语
EPS板作为一种有机泡沫材料，具有优异的保温性能及尺寸稳定性，且生产成本较低、性价比高，是节能建筑应用最为广泛的有机保温材料之一，其性能好坏直接关系着建筑节能效果。表观密度是反映EPS板性能好坏的重要指标，生产过程中，合理控制预发泡、熟化及成型等每个生产阶段的工艺参数，对稳定EPS板产品的表观密度，提高产品性能，降低生产成本具有重要的现实意义。