环袁:EPS泡沫包装制造工艺

一、工艺概况

我们一般讲工艺总是指成型工艺，其实艺就EPS成型来讲还要涉及原料、预发机理、管道工艺及系统匹配工艺，最终体现在成型工艺等方面内容。    

二、原料：

2.1快速料与标准料（普通料）的工艺控制

快速料：分子量、挥发份低，主要用于自动机，也可用于土机方面。

它本身含发泡剂少，熟化时间短。操作时，加热时间短，冷却短 ，成型周期短，节省能耗，提高生产效率。   

2.1.1.  一般情况下，因为发泡剂少，必须在最短的时间内加热，充分利用少量的发泡剂使泡粒粘结，加热时间短，节省时间。采用高压，短时间加热。

2.2.2. 能节省能耗，提高效率，采用高温脱模，成型模温与脱模温之差距少，所以能节省蒸汽。

模具成型温度115-130℃，经过水冷却90 ℃， 经过抽真空，产品表面膨胀率减少到一定值

85 ℃，才能脱模。

标准料：分子量、挥发份高，主要用于土机方面，从能耗控制方面考虑，较少用于自动机。

2.2快速料——成型快和节省蒸汽

2.2.1.  快速料类型：巴斯夫CP303、龙王B-SB、兴达303、诚达PK303等。

特性：

冷却速度快导致成型周期快，一般能够比普通料快20－30％

快速料的脱模温度高，达到80－85oC

传统料的脱模温度低，为60－65oC

因此，快速料可节省蒸气最高达30％

快速料成型时产品结合性宜控制在6-8成，更能体现其快速性。

快速料控制技术：采取高压短时间加热。

2.2.2.   普通料类型：巴斯夫CP203、龙王E-SB、兴达302、诚达PK302等。

普通料控制技术：因其分子量大、挥发份高。生产时易出现发胀现象。 宜采用低压较长时间加热。

三、预发机理       

 3.1发泡剂：

   可发性聚苯乙烯的发泡剂主要是戊烷，分正戊烷和异戊烷。工业品戊烷中，烯烃含量对可发性聚苯乙烯的加工性能影响很大。烯烃含量过高，易于引起产品收缩。

EPS发泡剂含量并不是越高越好。标准：4.8—7%（≤6.8%）  一般正常在5%左右。

发泡剂含量过高：预发泡体开花，不均，变形开裂。

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

3.2预发原理：

    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，这一过程一直持续下去，体积膨胀可以维持到泡孔薄壁破裂为止。由此可见，在予发泡过程中，蒸汽不断渗透，增大孔内的总压力是很重要的，可以这样比方：发泡剂开孔，蒸汽扩孔。要使蒸汽进入泡孔的速度大于发泡剂从泡孔中逸出的速度，发泡剂在泡孔中来不及完全逸出，聚合物就牵伸呈橡胶状态，其强度足以平衡内部的压力，从而使珠粒予发泡。这就是PS发泡的简单机理。

3.3流化干燥床工作原理 ：

由蒸汽预发泡机出来的EPS即刻进入流化干燥床设备，进行强制干燥以便熟化过程的进行。

EPS从进料口进入流化床，流化床吹入的热风是由鼓风机吸风，通过蒸汽加热器后通过底网吹入流化床，与物料接触，EPS粒料在热风及料流的推动下悬浮在气流中边干燥边推进，落入振动筛。

合格的粒料过筛后输入熟化料仓。结块的粒料在筛上流入流化床的破碎装置，使结团粒的EPS破碎，合格的也流入熟化料仓。此处还有一压缩空气接口吹堵。

3.4熟化机理及工艺控制

3.4.1熟化机理：

    预发后，EPS粒内产生真空，EPS表面带有水分，不符合成型要求，熟化过程是空气进入EPS粒内，表面水分干燥

3.4.2工艺控制：                                                    

快速料一般为8小时，普通料一般为24小时，高密度料48小时，环境应通风，温度大于

10摄氏度

3.5预发常见问题解决

3.5.1   泡沫结块

        外滑剂不够，搅拌器设计不合理，搅拌叶与底盘间隙过大，水分过多

3.5.2   泡粒潮湿

        冷却时间过短 （30s）

        预热不够 （二次）

3.5.3   泡粒收缩

        发泡倍率过大 （原料不符）

3.5.4   泡粒破损变形

        倍率过大

        输送方式不合理

3.5.5   泡粒倍率不稳定

         预发机原因： 蒸汽进口网片堵塞

         低温发泡伴随空气过大，过小

         精度不够

         原料原因：粒子大小相差太大

3.5.6   预发密度过高

         加料控制不当

3.5.7   熟化后密度升高

         测量方法不正确

         水分过高

四、循环水冷却系统工艺                                              

4.1  概述：

循环水系统常有冷、热水泵、管道、阀门、水池及冷却塔组成，该系统工作机理是利用水

循环动力保持冷水池温度在50－55摄氏度较为合理。

4.2  水循环方向：

冷水池→冷水泵→成型设备→热水池（包括混水池）→热水泵→冷却塔→冷水池

由于部分蒸汽变成水的量比循环过程中损失的量大，所以水池一般不要加水，而且水位还变高，这就要求在建水池时要加溢流孔。  

4.3  冷却塔与循环水池基础工艺  

4.3.1冷却塔功能概述：  

冷却塔应尽量设置在水平面10米高处，且四周无建筑物阻挡。这样，通风条件好，有利于冷却的效果。  

水的冷却是热水将热散到空气中去，变成冷水。是一个传热过程，水的冷却包括蒸发散热，传导散热和辐射散热三个方面，水在冷却塔内的冷却，主要是蒸发散热和传导散热。春、夏、秋三个季节，水与空气的温差较小，以蒸发散热为主，传导散热为辅。  

冷却水量是循环水冷却计算及冷却塔选型的主要数据之一，应当计算准确，并留有适当余地，以适应水量增加的需要，经验数据一般中型设备100吨流量可以保证18－20台机生产，水池设计应该以容量大一点为好，有利于散热，也有利于保证水质。根据冷却水量设计冷却塔流量。冷却塔选择还有参数是进热水水温和出冷水水温、通风形式及淋水填料等  

4.3.2 选用和布置玻璃钢冷却塔时应考虑的因素：  

①正确计算使用工作流量和台数，留有适当的储备系数。  

②冷却塔进水温度一般在80℃左右，应要求制造厂采用耐温淋水填料，如铝制斜波纹板装置等。  

③冷却塔进水水质应符合《循环水水质指标》，浑浊度一般不应大于20mg/h，以防堵塞填料。根据水质条件，确定是否清理水池。

④风机转速能随季节和气象条件变化，以节约电能。

⑤塔体结构合理，经久耐用。  

⑥风机匹配应是长期运行无故障、噪音低的设备。并耐水侵蚀且有足够的强度。  

⑦配水均匀、气流分布均匀，通风阻力小，除水器效果好，水滴飘溅少，运行维护方便。  

⑧噪音小、电耗低。  

4.3.3冷却塔 布置的基本原则：  

①为了避免或减轻飘滴、水雾和噪声的影响，应布置在厂房和建筑物的下风向并留有足够距离。为了防止粉尘污染，应布置在贮煤场等的全年主导风向的上风侧，为了换热的条件良好，应远离热源。  

②冷却塔之间或塔与其它建筑物之间的距离，除了应满足通风要求外，还要安全要求和施工及检修要求。  

③从通风角度而言，冷却塔应尽量布置在高处。  

④相邻风筒式冷却塔之间的净距，要考虑进风不抢风。  

⑤为减少湿热空气回流对冷却效果的影响，应尽量避免冷却塔多排布置，尽量避免冷却塔夹在高大建筑物中间的狭长地带。  

4.3.4循环水池设计工艺（可图解水池设计原理）  

循环水池一般设计五分之三在地平面下，五分之二在地平面上，目的是提高冷却塔高度和

防止地面污染进入水池。在同样设计体积的情况下，尽量扩大水池表面积，以便水池自然散热和给余热利用留够足够的空间，也便于管道安装。

  循环水池一般包括三部分，即混水池、热水池和冷水池。热水池开进水口和溢流口，溢流口位中心比进水口中心低管径的三分之一，目的是保持回水无阻力。混水池与热水池在水池高度一半位置想通，目的是混水池里没有热水池里的上层泡粒和下层沉淀物，防止热水泵吸口阻塞。冷水池与混水池在顶部开口，这样保证冷水能进热水池，热水不能进冷水池。

4.3.5

循环水管道直径计算

介质流速对不同的管道流速区间不同，可以查表得出，如DN65管道允许流速值为0.5～2.5m/s，在计算时根据需求计算其它变量。  

按照设备和模具冷却参数，计算水量一般很大，实践告许我们象目前我们这些设备平均计算单台机每小时耗水量5吨左右，即100吨泵可以匹配20台机，在此流量基础上计算管经较为合理。不同的管径水的流速在不同的区间，  

例：现有同样成型机15台，并且为了保证15台机同时运行时水压稳定，流量富裕系数取0.3，求15台成型小时用水量及选用总管管径。  

解：经验告诉我们，每台机每小时最大耗水量为5.00 t/h左右。  

  15台总用水量：5.00×15=75.00t/h  

考虑富裕系数，则75.00×（1+0.3）=97.5t/h  

管径计算仍用重量流量计算公式。  

式中：G=97.5t/h，U=0.001m3/kg  

 w取1.5m/s，代入：Dn=241.3mm  

查无缝钢管系列，选取ф273×8  

4.3.6水泵压力参数选择  

冷水泵与热水泵流量应该相同，流量计算按目前我们公司情况，100吨泵可以匹配18－20台机，考虑开机数应该配总流量70％和100％两种泵。（加变频最大节电量下线30％）  压力冷水泵选择50米水高，热水泵根据冷据塔高度而定，一般12米高度即可。  

冷水泵流量应该比热水泵流量大10％比较合适。 

泵的流量与压力参数决定，再考虑一下进出口口径及进水水温后，查相关资料确定泵型号。   

五、压缩空气系统工艺

5.1 空气压缩机供气量换算与空气管径的计算

5.1.1空气压缩机供气量换算  

空压机铭牌或说明书中标定的空压机排气量，是指单位时间内测得的排出容积换算到进气参数的数值，但是，在压缩空气系统计算时，应当注意都应折算到空压机出口的压力和温度下的容积值，才使压缩空气系统计算统一和方便。

根据气体状态方程式，设进气状态为P1、

V1、T1，压出气状态为P2、V2、T2，则：  

其中：P、T均用绝对压力和绝对温度单位表示。  

那么：V1：即一般空压机铭牌给出的容积量m3/min  

V2：需要折算出出口参数下的容积量m3/min  

P1：进口处如是大气压力，则

P1=1kg/cm2(绝)  

P2：出口处压力值（1+表压）kg/cm2（绝）  

T1：进口处温度oK（273+t1）  

t1为摄氏温度℃（进气口气温）

T2：出口处温度oK（273+t2）  

t2为摄氏温度℃（排气口处，即冷却器前气温）

经验告许我们空压机匹配一般来讲一台成型机需要1.2m3/min的标准空气。（这里一定要了解绝对温度与摄氏温度的关系，绝对压力与相对压力的关系）  

5.1.2 空气管径的计算  

我们一般按体积流量计算：  

式中：d---管道内径    mm  

 Qv—工作状态下的体积流量m3/h  

W---工作状态下的介质流速 m/s （密切注意：工作状态下的5个字）  

储气灌一般选择空压机总排气量的15％－20％比较合理，管路系统要求路径尽量短，弯头少，管路最好封闭。以减少压力损失，保持气压平稳。（这里要注意管道再封闭，都不可能使管道各点压力值相同）

六、锅炉蒸汽及蒸汽管道计算工艺  

 6.1锅炉蒸汽  

 我们用的锅炉蒸汽是饱和蒸汽，生产所需蒸汽压力一般为4－5 kg/cm2，锅炉燃烧负荷在锅炉额定功率80％效率最大，我们一般错误认为锅炉燃烧压力越低越节能，其实不然，一方面能量不灭，另一方面高压低流输送最节省。最主要的是锅炉在额定工况下工作效率最高。  

为有效节能，要求锅炉及时保养，尤其是各受热面得到有效利用，通风阻力减少，防止漏风，各操作工艺走临界点。

6.2锅炉管道吸热损失计算举例  

现需要对一段蒸汽管暖管加热，暖管前管子的温度是30℃，要加热到200℃，需要多少热

量？管子重2000kg。  

解：从手册中查找到，钢的热容量是0.11大卡/公斤℃  

那么，暖管需要的热量是：  

2000×0.11×（200-30）=37400大卡  

如果每公斤的蒸汽可供500大卡的热，需要的蒸汽是37400÷500=74.8kg。产生的疏水量也是74.8kg。  

从上计算可看出，锅炉管道热损失很大， 所以在锅炉管道走向方面及锅炉定位方面要筹划好，以便管道最近。

4.4 蒸汽锅炉的基本工艺  

4.4.1锅炉的热效率  

A、反平衡法计算热效率                                                   

 10吨 锅炉的热效率是反应锅炉设备有效利用热的能力，那么，把燃料投入锅炉内，有哪些热损失呢？  

q2——排烟热损失，与煤种、排烟温有关，数值波动较大  

q3——化学未完化燃烧热损失，它是指燃料可以进行氧化反应（即燃）完全地热量放出来，由于运行等种种原因，没有完全燃烧，比如：C完全燃烧，应生成CO2，但空气（实质是氧气）供给不足，没有完全生成CO2，有一小部分生成CO，这就是燃烧不完全，类似这样的情况，称之为q3,一般2-5%。  

q4——机械不完全燃烧损失  

如灰渣有碳、炉排漏煤、炉排漏灰中有碳粒，飞灰有碳粒等等的燃料损失称为q4，这个值影响因素很多，一般在6-12%之间。  

q5——散热热损失  

 它和锅炉的保温状况等有关，一般在<3%  

 q6——灰渣热损失  

锅炉排出的灰和渣是热的，这些热量也是从燃料中获得的，这种损失称q6。  

 q1——那么，把这些损失都扣除（用%计），剩下的就是有效利用热，也就是锅炉的热效

率。  

 q1=1-（q2＋q3＋q4＋q5＋q6）/100  %  

(公式为加号)  

B、正平衡法计算锅炉热效率  

    正平衡法是将锅炉的总吸热量与燃料的总放热量之比而求得的锅炉热效率。即：  

锅炉总吸收热：Qz=D（I”-I’）        大卡/时  

锅炉燃料总放热量：Qy=BQwdy          大卡/时  

锅炉热效率：η=  

式中：D——锅炉蒸发量   公斤/时                                              

 i"——蒸汽热焓               大卡/公斤

i'——给水热焓                大卡/公斤

B——锅炉每小时燃料消耗量    公斤/时

BQwdy——燃料低位发热值      大卡/公斤    

（解释锅炉大效率高及吨煤产汽）    

4.5蒸汽管道的计算   

式中Dn---管道内径  mm     G—介质流量  t/h  

    U---介质比容  m3/kg    W—介质流速  m/s  

一般来讲，蒸汽管道设计大一点能起到储汽罐作用，实际生产中气压波动小，有利于生产工艺稳定，但不足的是造价高，一次性投资大。  

（顺便说明，热力管道要热力补偿机构，我们常用的是在固定支架间设置一波纹补偿器，也能吸收管子的热膨胀量，从而使管系安全运行，它的优点是体积小、布管美观，但吸收的热膨胀较小，使用的工作压力≤2.5MPa以下，介质温度＜450℃，管径DN25～1200。需正常维护，材料常用1Cr18Ni9Ti，要求布置条件较严格。  

七、模具验收注意项目：

7.1表面状态  

表面光滑，连接部位光滑，光洁度1.6√；气眼不松动且平整，气眼中心距< 25mm；  

7.2型腔板  

材料选用LY12合金铝板，平整无翘曲；外形尺寸与使用模框尺寸相符。无漏气、漏水、漏料；正常情况下制品无飞边。  

7.3孔位  

料枪、顶杆孔位分布合理，保证加足料、便于脱模。压板孔位：Φ 36和Φ28特殊料枪的中心孔距65mm; Φ 32的中心孔距55mm。

八、EPS成型工艺

8.1模压成型机理：  

熟化后的预发珠粒通过蒸汽进行加热，约在20秒—60秒的时间内，空气来不及逸出，受热膨胀后产生压力。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，并胀满珠粒间隙而结成整块，形成与模具形状相同的泡沫塑料制品。  

8.2重点成型工艺简述  

8.2.1开机预热  

这是开机之前使模具受热动作,需预热要合模加热.  

8.2.2合模  

开合模行程的合理调整，有利于提高产品脱模及产品入料效果。（顶杆、模缝）慢速开料枪  

8.2.3预热  

蒸汽进入固移模内，对模具进行预热，使模具得到预热的同时，将存留期间的冷凝水与冷空气排出。作用：提高模具温度，加强产品表观熔结度。  

8.2.4穿透加热  

作用：提高制品芯部、内部熔结性。穿透加热耗、浪费蒸汽较严重。  

8.2.5双方加热  

作用：进一步增强加热效果，提高产品表面质量。  

8.2.6回温（保温）  

所有阀关闭，充分利用模具的余热，使产品进行保温加热。有利于产品表面熔结性，能较好节约能源（蒸汽）。  

8.2.7预冷  

水冷阀打开，排水阀关闭。合理延长预冷，产品冷却较快，缩短冷却时间，提高成型速度。 一般不超过10秒，预冷时间长不好烘干，预冷效果比水冷好得多。  

8.2.8水冷  

水冷却时，水冷阀打开，排水阀打开。水与空气共同进行冷却效果较好。  

8.2.9真空冷却  

真空阀打开，真空泵抽真空。

使模具和制品内的余热与水分全部排空，抽掉部分发泡剂，避免产品发胀。使模内形成负压，有利于产品进行脱模。