Особенности и применение пенопласта. Из чего сделан пенопласт.

Все виды пенопластов обладают крайне низкой теплопроводностью, что предопределяет их применение в самых разнообразных областях человеческой жизни.

Список тематических статей

Пенопласт представляет собой вид композита, который относится к пеноматериалам низкой плотности, где один из компонентов представляет собой полимер, а другой — газ. В более понятных терминах, это можно описать как пластичная масса, наполненная газом. Чаще всего, пенопласты формируются в виде изолированных ячеек, которые не имеют соединений между собой, а их стенки образуются полимерной матрицей. В отличие от пенопластов, которые характеризуются взаимосвязанной структурой, с губкообразными порами, в случае пенопластов ячейки являются полностью изолированными. Поэтому, в понятии пенопласта подразумевается, что это — любой газонаполненный пластик, который был произведен с использованием метода вспенивания исходного вязкогидрогенного или жидкого полимера, последующим его отверждением.

Важно отметить, что данное определение пенопластов и пенопластов является относительно условным, поскольку в некоторых случаях в структуре пенопласта можно обнаружить множество взаимосвязанных ячеек, тогда как в пенопластах, они могут быть разделены. Только в тех ситуациях, когда материал состоит из отдельных гранул пенопласта, таких как пенополистирол (популярный строительный материал), это знание позволяет утверждать, что пенопласт на 100% изолирован. Более подробно, пенопласт следует рассматривать как любой газонаполненный пластик, который был получен через вспенивание вязкого или жидкого полимера, а затем подвергнут отверждению.

Производство вспененных пластмасс

Промышленный процесс производства пенопласта охватывает метод распределения газа в полимерной массе, который выступает в роли полуфабриката. Этот полуфабрикат может принимать разные формы: быть расплавом, раствором, дисперсией, жидким олигомером и так далее. В некоторых случаях газ может не добавляться, но вместо этого создаются условия для выделения необходимого количества газа в полимерной массе. Этот процесс может происходить как во время синтеза исходного полимера, так и во время его модификации, что является примером с пенополиуретаном.

В процессе технологического производства пенопласта для достижения вспенивания используются различные методы, которые можно разбить на несколько категорий:

• принудительное нагнетание газа под давлением в полимерную систему;
• добавление химических агентов-порообразователей или газообразователей в полимерную массу, которые при определенных условиях распадаются с выделением газообразных веществ;
• введение веществ, которые выделяют газ в процессе химической реакции между собой или с другими компонентами системы;
• перемешивание с использованием механических устройств в присутствии пенообразователей, называемое «барботирование»;
• введение в полимерную матрицу легковоспламеняющихся жидкостей, которые создают газовую фазу при повышенной температуре;
• грубые и менее распространенные операции.

Разнообразные методы достижения вспененной структуры позволяют изменять свойства конечного продукта в зависимости от исходного состава системы и условий отверждения. Например, возможно получение пен с открытой или закрытой структурой, различной плотностью и размером ячеек.

Производство пенопласта

Оборудование и машины, используемые для производства пенопласта, делятся на разные типы в зависимости от методов изготовления конечного материала и технических характеристик исходного полимера, подлежащего вспениванию.

В соответствии с процессом производства различают следующие типы пенопласта. Экструдированный пенопласт, чаще всего на основе полиэтилена, производится из полимера путем вспенивания в экструзионной бочке или в формовочных линиях. Пенополистирол (EPS) производится в виде гранул или пеллет, содержащих легко испаряющийся пентан, который затем нагревают в форме для вспенивания.

EPS-пенопласты формируются под давлением путем впрыска двухкомпонентной смеси в специализированные пресс-формы. В процессе производства создаются изделия как из мягкого (резиновая пена), так и из твердого (изоляция труб, элементы интерьера автомобилей) пенополиуретана, который также называют интегрированной полиуретановой пеной. Компонентами смеси являются полиол и изоцианат, которые взаимодействуют, выделяя углекислый газ. Химические свойства и пропорции этих компонентов при впрыске влияют на характеристики конечных продуктов. Из-за высокой реакционной способности смешивание полиола и изоцианата обычно выполняется напрямую в головке высокого давления перед впрыском в форму.

Рисунок 1: Мягкая мебель представляет собой основной рынок для использования эластичного пенополиуретана (или губчатой резины).

Пенопластовые изделия можно производить и с использованием традиционного оборудования для переработки полимеров, как, к примеру, на машинах для литья под давлением или экструзионных линиях. Для этого в состав композиции добавляются специальные концентраты добавок, известные как порофоры, которые разлагаются во время процесса. Тем не менее, этот подход часто не приводит к значительному вспениванию готового продукта, что сказывается на эффективности использования сырья и улучшении свойств конечного материала. В результате на поверхности могут появляться нежелательные следы утечки газа из полимерной массы, известные как дефект «серебрения». Следует понимать, что в таких случаях получается лишь слегка вспененный и монолитный кусок, который нельзя назвать пеной в традиционном смысле слова.

Также детали из пластикового порошка могут быть сформированы путём вымывания растворимого наполнителя, заключённого в пластиковую деталь. Еще одной из редких методов является спекание пластикового порошка, подходящее для использования с другими материалами, такими как некоторые металлы. Пены также могут быть получены через конденсационное структурирование, которое возможно в растворах полимеров, где газообразные вакуумные структуры, такие как микрокапсулы, добавляются в полимерную матрицу.

Что такое пенопласт и из чего он сделан?

Вспененный пластик представляет собой светлый материал, обладающий низким весом и множеством полезных свойств, что обуславливает его широкое применение в разных отраслях. Ядро пенополистирола на 98% состоит из воздуха, тогда как оставшиеся 2% составляют сам пенополистирол. Несмотря на довольно малый процент, этот материал включает в себя миллиарды ячеек вещества.

Производство пенополистирола осуществляется с помощью специализированного оборудования. Первоначально на производственной линии загружается сырьё, из которого изготавливается пенопласт различной толщины и плотности. Вспененный пластик может производиться из практически любого полимера, среди которых основным сырьём могут выступать полиуретан, ПВХ, полистирол, фенолформальдегид и множество других.

Процесс создания данного материала проходит несколько ключевых последовательных этапов:

• вспенивание;
• сушка;
• стабилизация;
• резка;
• созревание;
• выпекание.

На начальном этапе пенопласт выглядит как жидкая масса и проходит через все перечисленные стадии. В конечном итоге получается лист различной толщины. Высокая популярность пенополистирола в основном объясняется его низкой стоимостью. Кроме того, он обладает множеством практических характеристик: эффективной звукоизоляцией, водоотталкивающими свойствами и способностью сохранять тепло.

Важно отметить, что пенопласт легко нарезать в прямых или изогнутых линиях с использованием стандартных инструментов, таких как ножи или ножовки, а также термоножей.

Характеристики и свойства

Пенополистирол обладает множеством технических характеристик, которые делают его востребованным в различных областях:

• Прочность. Показатели прочности варьируются от 0.05 до 0.16 мПа. Этот параметр прямо зависит от типа полимера, использованного в качестве базового сырья.
• Теплопроводность. Максимальные показатели теплопроводности достигают 0.043 Вт/(м·°C). Этот параметр также зависит от качества используемого первичного сырья.
• Морозостойкость. Стандартные сорта пенопласта могут выдерживать до 200 циклов замораживания-оттаивания. Экструдированные образцы способны выдерживать более значительные нагрузки — до 500 циклов.
• Влагопоглощаемость. Пенополистирол имеет очень низкий уровень влагопоглощения, который составляет примерно 1% в сутки. Это не означает полного отсутствия влаги внутри материала. В случае продолжительного контакта с жидкостью, вода может заполнить воздушные промежутки между ячейками полистирола, что обернется потерей большей части первоначальных характеристик.
• Огнестойкость. Этот материал считается негорючим. При прямом воздействии пламени возможно разрушение и изменение цвета поверхности. Несмотря на то что он не горит, при высокой температуре может расплавиться — температура плавления составляет около 120 градусов по Цельсию.
• Стоимость варьируется в зависимости от различных факторов. Среди них уровень компании-производителя, местонахождение, цена первичного сырья. В среднем, стоимость составляет около 3 тысяч рублей за кубометр.
• Звукоизоляция. В зависимости от толщины, пенопласт способен поглощать до 32 дБ. Это достаточно хороший показатель, однако звукоизоляция с применением минеральной ваты будет более эффективной.
• Паропроницаемость. Этот параметр составляет 0.03 мг/мчПа, что свидетельствует о том, что данный материал практически не участвует в естественном воздухообмене между помещениями и наружной средой.

Пенополистирол также классифицируется как экологически чистый материал. Срок его службы варьируется от 10 до 80 лет.

Виды

Существует несколько типов данного материала, в первую очередь, различаемых по толщине: минимальная толщина составляет 20 мм, тогда как максимальная достигает 100 мм. Зерна материала могут отличаться по весу и диаметру.

Кроме того, пенопласт делится на 4 основные категории. Каждая из категорий включает в себя определенные виды материала, которые различаются своей внешностью и свойства.

Полистирольный

Этот тип пенопласта изготавливают двумя основными способами:

• Беспрессовый метод — в результате получения мелких шариков. Пенополистирол, полученный таким образом, часто используется в качестве упаковочного материала для транспортировки бытовой техники. При этом материал считается довольно хрупким и легко ломается вручную. Иногда его также продают в виде дроблёного (в упакованном виде).
• Прессовый метод. В этом случае гранулы связываются гораздо более прочно. Готовый материал формируется в жесткие плиты, которые можно разрезать только с помощью специализированных инструментов. Стоимость производства такого материала выше, потому прессовый пенопласт встречается реже на рынке.

Основное преимущество этого типа — высокая гигроскопичность. Срок службы несжатого материла составляет от 10 до 35 лет, а срок службы сжатого материала может увеличиваться до 70 лет. Данные цифры условны и могут зависеть от качества материала и условий монтажа.

Полиуретановый

Ярким примером пенополиуретана служит поролон. Он обладает пористой структурой и хорошо пропускает воздух и пар. Однако в случае возникновения пожара он способен выделять токсичные вещества. По сравнению с пенополистиролом он не так долговечен и часто применяется для изготовления мебели, в частности, в качестве набивки.

Поливинилхлоридный

Поливинилхлорид — это специализированный материал на основе термопластичных полимеров, который состоит более чем на 50% из комбинированного хлора. Это делает его менее горючим. Бесспорное преимущество данного материала заключается в отсутствии токсичных компонентов. В случае возникновения пожара, он способен самовозгореться. Также отмечается его высокая пластичность.

Недостаток заключается в том, что его использование вблизи металлических поверхностей не рекомендуется, так как он может оказать разрушающее воздействие на металл.

Полиэтиленовый

Пенополиэтилен считается традиционным упаковочным материалом. Его фасон представляет собой пленку с воздушными пузырьками на одной либо на обеих сторонах. Сначала он производится в виде жидкого полимера, проходя все стадии производства до превращения в пленку различной толщины. Он также считается экологически чистым материалом, способным служить достаточно долго при правильных условиях. Единственным недостатком является его горючесть.

Производственный процесс пенопласта

• Вспенивание;
• Сушка;
• Стабилизация;
• Резка;
• Созревание;
• Выпекание.

Один из методов включает в себя переход к выпеканию после стадии стабилизации, пропуская два предыдущих этапа. Совсем недавно на рынок вышел современный вариант материала — экструдированный пенополистирол. Он отличается от классического образца меньшими размерами ячеек и их полной изолированностью. Этот материал показал себя более технологичным, однако традиционный пенополистирол по-прежнему пользуется высоким спросом и применяется для теплоизоляции стен различных конструкций: кладки, бетонных монолитов, деревянных домах и кирпичных строениях.

Технические характеристики

Параметры	Цены	Примечания
Прочность на сжатие при 10% линейной деформации	От 0,05 до 0,16 мПа	Показатель прочности напрямую зависит от полимера, из которого изготовлен пенопласт. Например, пенопласты на основе фенолоформальдегидов имеют более высокие показатели прочности.
Теплопроводность	От 0,038 до 0,043 Вт/мºC	Этот параметр также зависит от марки стройматериала.
Морозостойкость	До 200 циклов — стандартный

Стандартные размеры пенопласта варьируются по толщине от 20 до 100 мм, длина и ширина составляют 1000*1000, 1000*1200 и 1200*1200 мм. Величина размеров влияет на стоимость пенопластового изделия.

Разновидности пенопласта

Пенопласт подразделяется на несколько видов:

• полистирольные;
• полиэтиленовые;
• поливинилхлоридные;
• полиуретановые.

Полистирольный

Существует два производства такого вида пены:

1. Метод беспрессового производства. Эта разновидность известна каждому: когда мы покупаем технику, мы можем видеть, что она упакована в пенопласт, состоящий из маленьких сцепленных между собой шариков. Он чрезвычайно хрупок и легко раскрошивается вручную.
2. Метод прессового производства. Этот вид гораздо сложнее разрушить, так как гранулы между собой сцеплены гораздо крепче. Технология его производства более сложна и затратна, что приводит к его меньшей доступности.

По сути, полистирол напоминает несжатый пенопласт.

У полистирольных типов есть один существенный недостаток — это высокая гигроскопичность. Водяной пар проникает в полости между “шариками” и гранулами, но не уходит, так как этот материал не “дышит”, что приводит к накоплению влаги и её замораживанию, что, в свою очередь, может нарушить структуру. Даже если холод не проникает внутри, накапливающийся водяной пар может снизить теплоизоляционные характеристики пенопласта и повысить влажность в помещении.

Экструдированный пенополистирол не имеет данных недостатков, благодаря своей однородной структуре. Этот материал часто находит применение в производстве одноразовых столовых приборов, упаковки для пищевых товаров и прочих нужд.

В плане долговечности, несжатый пенополистирол служит от 10 до 35 лет, тогда как экструдированные образцы обеспечивают срок службы 50–70 лет. Разумеется, срок службы зависит от качеств материалов и воздействия негативных факторов на момент установки.

Полиуретановые

Поролон — наиболее знаковый пример пенополиуретана. Он обладает пористой структурой, позволяющей свободно пропускать воздух и пар; в то же время, он достаточно эластичный. Его используют для мебели как набивку и как наполнители.

Этот материал также является базой для множества предметов домашнего обихода. Он подвержен горению и выделяет вредные вещества, более токсичные, чем пенополистирол. Данная ситуация обусловливается наличием пруссовой кислоты в его составе. Поливинилхлорид также обычно имеет короткий срок службы, подвержен желтению и разрушается под воздействием внешних факторов, например, солнечного излучения.

Поливинилхлоридные

Поливинилхлорид представляет собой термопластичный полимер, в составе которого содержится больше 56% комбинированного хлора, что делает его трудносгораемым. Его можно производить как экструзионным, так и неэкструзионным методом. По своим свойствам этот материал аналогичен экструзионному пенополиэтилену.

Не содержит токсичных компонентов. При горении пенополивинилхлорид самозатухает.

Обладает высокой гибкостью, однако может оказывать разрушительное воздействие на металлические изделия в окружающей среде.

Упаковка из пенопласта

Пенопласт активно применяется в упаковочной отрасли. Кроме упаковки, пожалуй, единственная сфера, где его использование столь же масштабно — это строительство. Этот материал широко используется для упаковки и транспортировки продуктов питания, мебели, стеклянных изделий, хрупких предметов и бытовой техники.

В пищевой сфере пенопласт применяется по нескольким причинам. Во-первых, он считается нетоксичным. Благодаря этому его используют для создания контейнеров и поддонов, в которых хранятся продукты и готовые блюда. Во-вторых, данный материал не пропускает тепло, что делает его идеальным для производства контейнеров для фастфуда, поддерживающих необходимую температуру. Он не только удерживает тепло, но и сохраняет холод — контейнеры для мороженого и напитков также изготавливаются из него.

Для транспортировки контейнеры из указанного материала производятся с использованием плотности от EPS-25 до EPS-35. Для изготовления упаковки мебели и бытовой техники применяется более плотный пенополистирол. Для транспортировки мебели и зеркал производят специальные уголки. Для дверей — «П» образные профили, а для бытовой техники — специальные «ящики» и так далее. Материал отличается легкостью и прочностью, что позволяет надежно удерживать грузы, не увеличивая их вес.

Пенопластовая упаковка также находит свое применение в медицинском секторе. Фармацевтические компании используют пенопластовые контейнеры для хранения рецептов, тюбиков и другой легкой тары, которая при этом довольно хрупка. Все те же преимущества, включая влагостойкость, прочность и легкость, делают пенопластовые контейнеры неотъемлемым атрибутом.

Где еще используют пенопласт?

Как упоминалось ранее, пенопласт — это лёгкий, прочный и практичный материал с низкой стоимостью и теплопроводностью, что способствует популярности его использования. По этой причине, полистирол широко применяется в самых разнообразных сферах деятельности.

Помимо приведенных ранее областей, таких как строительство и пищевая промышленность, пенопласт активно используется также в упаковочной и рекламной индустрии. Рекламные щиты и другие модули, включая 3D-модели, стали весьма популярными. Специалисты по связям с обществом заметили, что люди всё меньше обращают внимание на традиционную рекламу, поэтому начали применять 3D-модели и трехмерные конструкции. Чтобы проиллюстрировать, представьте, что вы проезжаете по автостраде и видите огромную фигуру Человека-паука, которая также изготовлена из пенопласта. А также огромные куклы, такие как Кинг-Конг или динозавры из «Парка Юрского периода». Из пенопласта изготавливаются декоративные колонны, карнизы и различные элементы декора в роскошных домах.

Материал также востребован в судостроении, где пенополистирол используется не только для создания спасательных жилетов, но и для изготовления небольших лодок, поплавков и буйков. Поскольку пенополистирол хорошо проводит не только тепло, но и электричество, его довольно активно используют в электротехнике. Гранулы пенополистирола также служат утеплителем в одежде. Совершенно очевидно, что пенопласт также служит отличным упаковочным материалом для мебели, бытовой техники и других хрупких изделий — об этом знает каждый, кто хотя бы раз покупал бытовые товары.

На сегодняшний день пенополистирол является одним из самых популярных материалов современности. Он находится на рынке более полувека и успел закрепиться в самых различных областях. Один из ключевых, хотя и не единственный, но серьезный недостаток заключается в утилизации. Пенополистирол может быть экологически стойким, и его разложение занимает сотни лет, гораздо дольше, чем процесс разложения обычного пластика. Сложности и затраты на его переработку порой превышают выгоды, так как после переработки пенополистирол можно использовать лишь как клей. Особенно загрязняют окружающую среду стаканчики из пенопласта: в США выбрасывают около 25 миллиардов штук ежегодно, что вызывает негодование защитников окружающей среды, настаивающих на сокращении производства пенополистирола, особенно в пищевой и упаковочной сферах.

В стремлении современного общества бороться с загрязнением окружающей среды, действие по «обнаружению» пенополистирола стало более агрессивным, особенно в отношении упаковки пищевых продуктов. В идеале, экологи стремятся минимизировать использование пенополистирола в упаковочной и пищевой промышленности, оставив только самые необходимые из применения. Таким образом, трудно сказать, что же ждет пенополистирол и прочие экологически небезопасные упаковочные материалы в будущем.

Поделитесь этой статьей в социальных сетях!

Химическая и биологическая стойкость

Растворы солей, кислот, щелочей, цемент и асфальт, а также водорастворимые красители не влияют на свойства пенопласта.

Однако органические соединения, растворители, такие как бензин, масла, ацетон и парафин, могут повредить структуру. Это происходит в результате разрушения клеточной структуры и, как следствие, полное растворение материала в растворе.

Удобство монтажа. Легкие листы легко резать и с ними просто работать и устанавливать.

Пожарная безопасность. Пенополистирол начинает гореть только при соприкосновении с открытым огнём. Если источник огня убирается, он тухнет за 4 секунды, что делает его относительно безопасным в плане риска возгорания.

Свойства пенополистирола. Классификация пенополистирола зависит от его плотности и обозначается определённой буквой и цифрами: чем выше номер, тем плотнее материал. Эта маркировка определяет, где и как будет применяться данный пенопласт.

Применение различных марок пенопласта

Пенопласт марки ППТ-10 используется для теплоизоляции малых помещений, таких как бытовки и строительные вагончики. Он также применяется для изоляции водопроводных труб.

Пенопласт марки ППТ-15 используют для теплоизоляции балконов, жилых помещений, а также в качестве звукоизоляционного материала для внутренних стен зданий.

Пенопласт марки ППТ-20-А применяется для теплоизоляции фасадов зданий и при производстве декоративных материалов.

Пенопласт марки ППТ-25 используется как звуко- и теплоизоляция как исходя из строения наружных и внутренних стен, так и для утепления полов и оснований, а также для создания инфраструктур, таких как подъездные пути и теплые коридоры, для изоляции водопроводных и дренажных систем и в качестве армирования клумб, газонов и бордюров для детских площадок.

Пенопласт марки ППТ-35 применяется в тех же областях, что и вышеперечисленные, но дополнительно используется для изготовления стенок холодильников, морозильных камер, термостатов и рефрижераторов. Также он применим для создания полов с подогревом и мощения коридоров.

Недостатки пенопласта

Как и любой другой материал, пенопласт не лишён недостатков. Хотя его простота монтажа представляет собой преимущество, существует одно значительное неудобство — шум, возникающий при его резке. Он может вызывать дискомфорт у людей: одни закрывают уши, другие чувствуют раздражение, в то время как третьи вообще не реагируют на звуки распила.

Дополнительно, пенопласт является горючим материалом и может выделять токсичные вещества при горении. Тем не менее, благодаря добавкам народного использования, он обладает свойством самозатухания, хотя при прямом огне он может начать гореть.

Ещё одной проблемой является его разрушаемость под влиянием солнечного излучения. Если изоляция из пенополистирола устанавливается с внешней стороны здания, необходимо обеспечить защиту от солнечных лучей. Это обусловлено тем, что уже через год активного воздействия ультрафиолетовых лучей, материал может потерять свои свойства и начать разложение.

Пенополистирол широко используется в строительстве и домостроении. Некоторые знают его как современный материал, другие помнят его с детства, когда он служил упаковкой для телевизоров и стеклянных предметов во время переездов.

И сегодня его используют производители бытовой техники для обеспечения «противоударной защиты». При покупке ноутбука, телевизора или монитора, мы берем товар, упакованный в пенопласт. Из пенопласта также изготавливаются спасательные плоты, на которых дети плавали в деревенских речках. Его применяли для конструирования холодильников, и уже тогда люди использовали его для утепления подвалов и труб.

За прошедшие годы пенополистирол увеличил свою популярность. У него есть одно большое преимущество по сравнению с другими материалами для изоляции — он безвреден. Находясь на 2% из полистирола, остальная часть составляет воздух, что делает его безопасным для здоровья человека.