Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Пенопласт

Преимущества

Чтобы понять, за какие качества покупатели делают выбор в пользу пенополистирола, рассмотрим преимущества этого теплоизоляционного материала над другими утеплителями.

— Высокие теплоизоляционные свойства

По способности сохранять тепло экструдированный пенополистирол превосходит практически все известные утеплители, за исключением пенополиуретана. Коэффициент его теплопроводности равен 0,03 Вт/м*С. Это меньше, чем у пенопласта, минеральной ваты и других утеплителей. Конкурировать с ЭППС в сфере сохранения тепла может только пенополиуретан, у которого данный показатель равен 0,025 Вт/м*С.

Чтобы представить, насколько высокие теплоизоляционные свойства у этого материала, достаточно сказать, что 30 мм лист экструдированного пенополистирола сохраняет тепло также эффективно, как пенопласт толщиной 40 мм, деревянный брус толщиной 180 мм, кирпичная кладка в 560 мм или бетонная стена в 1300 мм!

— Легкость и тонкость

Огромным преимуществом пенополистирола является его легкость. Естественно, она зависит от плотности материала, которая может быть разной. Так, например плотность пенополистирола марки ПСБ-С-15 составляет 10-15 кг/м3. Это значит, что один кубический метр такого утеплителя весит всего 10-15 килограммов.

Легкость материала дает очевидное преимущество при проведении строительных работ. Такой материал удобно подавать на высоту, а крепить его к стене может один человек. Да и скорость работы с легким утеплителем, особенно тем, который выпускается в виде плит, несравнима с укладкой минваты и прочих утеплителей.

Добавьте к этому тот факт, что пенополистирол – чрезвычайно тонкий утеплительный материал, что лишь повышает его привлекательность в глазах покупателя.

— Высокая прочность

При всей легкости и тонкости рассматриваемого утеплителя, он может похвастаться высокой механической прочностью. В зависимости от плотности выпускаемого пенополистирола его прочность может варьироваться от 25 до 70 МПа. Таким образом, плита ЭППС может выдерживать от 25 до 70 килограммов на 1 метр.

Такая высокая прочность позволяет использовать пенополистирол в качестве защитного покрытия дома, а также как подстилающий слой под покрытие пола.

— Низкое поглощение влаги

Ценным качеством данного утеплителя является и способность противостоять впитыванию влаги. Данный показатель пенополистирола не превышает 0,2%, а это значит, что такой материал не промокнет даже при полном погружении в воду. Естественно, он надежно защищает дом от проникновения влаги.

— Экологическая чистота

Пенополистирол – синтетический материал, но при этом он абсолютно безопасен для организма человека. Об экологической чистоте ЭППС свидетельствует тот факт, что из этого материала производят детские игрушки, одноразовую посуду, защитные чехлы для электронной техники и т.д.

— Долговечность

Производители заявляют, что экструдированный пенополистирол не меняет свои характеристики даже спустя 50 лет эксплуатации. Этим словам вполне можно доверять, учитывая, что на сегодняшний день материал, отслуживший 30 и более лет, не потерял и 1% своих эксплуатационных качеств.

— Устойчивость к критичным температурам

Испытания пенополистирола показали, что такой теплоизоляционный материал способен выдерживать температурный режим от +75°C до -50°C. Такие качества позволяют использовать этот теплоизолятор для утепления домов и сооружений в условиях Крайнего Севера.

— Способность противостоять вредным воздействиям окружающей среды

Пенополистиролу нипочем дожди и туманы, он надежно защищает дом от ветра, на нем не появляется грибок и плесень. Более того, такой утеплитель не интересен грызунам, а потому, утепляя дом, можно не опасаться, что в пенополистироле поселятся мыши. Правда, при желании мелкие грызуны вполне могут прогрызть себе лаз в этом утеплителе и проникнуть в дом.

Свойства

Изделие обладает рядом физических химических и биологических свойств. Если говорить о механических особенностях, то можно судить о значительной прочности на воздействие краткосрочных нагрузок и нагрузок средней длительности. Такой объект в международных классификациях характеризуется как жесткий пенопласт (ДИН 7726). В соответствии с таблицами, этот материал может выдержать десятипроцентное сжатие в объёме. Но, в нормативных документах отмечается, что после такого сжатия, изделие уже не восстановит свою первоначальную форму.

Отдельными физическими свойствами, являются теплоизолирующие свойства пенополистирола, его водонепроницаемость (однако, не стоит забывать про диффузию водяного пара) и регулируемую (в зависимости от условий и качества изготовления) пластичность.

Утепление пола пенополистиролом

В сравнении с другими материалами в определённых документах приводятся значения необходимой толщины покрытия из других материалов, что бы соответствовать толщине изоляции из пенополистирола всего в 12 сантиметров. При одном взгляде на эти цифры, всё становится понятно.

Шкала толщины материалов при одинаковой теплопроводности

По действующим российским строительным нормам толщина стен, одинаково препятствующих теплопотерям в здании, должна быть примерно:

  • Железобетон — 4 м 20 см;
  • Кирпич — 2 м 10 см;
  • Керамзитобетон — 90 см;
  • Дерево — 45 см;
  • Минеральная вата — 18 см;
  • Пенополистирол — 12 см.

Эти показатели весьма впечатляют. На сегодняшний день, есть совсем немного причин для того, чтобы отказываться от теплоизоляции из субъекта статьи.

Деструкция пенополистирола

Высокотемпературная деструкция

Высокотемпературная фаза деструкции пенополистирола хорошо и обстоятельно исследована. Она начинается при температуре +160 °C. С повышением температуры до +200 °C начинается фаза термоокислительной деструкции. Выше +260 °C преобладают процессы термической деструкции и деполимеризации. В связи с тем, что теплота полимеризации полистирола и поли-»’α»’-метилстирола одни из самых низких среди всех полимеров, в процессах их деструкции преобладает деполимеризация до исходного мономера — стирола.

Модифицированный пенополистирол со специальными добавками отличается по степени высокотемпературной деструкции согласно сертификационному классу. Модифицированные пенополистиролы, сертифицированные по классу Г1, не разрушаются более чем на 65 % под воздействием высоких температур. Классы модифицированных пенополистиролов приведены в таблице в разделе по пожаростойкости.

Низкотемпературная деструкция

Вспененный полистирол, как и некоторые другие углеводороды, способен к самоокислению на воздухе с образованием пероксидов. Реакция сопровождается деполимеризацией. Скорость реакции определяется диффузией молекул кислорода. Ввиду значительно развитой поверхности пенополистирола он окисляется быстрее, чем полистирол в блоке. Для полистирола в форме плотных изделий регламентирующим началом деструкции выступает температурный фактор. При более низких температурах его деструкция теоретически хотя и возможна в соответствии с законами термодинамики полимеризационных процессов, но из-за чрезвычайно низкой газопроницаемости полистирола парциальное давление мономера имеет возможность изменяться только на наружной поверхности изделия. Соответственно ниже Тпред = 310 ˚С деполимеризация полистирола происходит только с поверхности изделия, и ею можно пренебречь для целей практического применения.

Д.х.н., профессор кафедры переработки пластмасс РХТУ им. Менделеева Л. М. Кербер о выделении стирола из современного пенополистирола:

«В условиях обычной эксплуатации стирол окисляться никогда не будет. Он окисляется при гораздо более высоких температурах. Деполимеризация стирола действительно может идти при температурах выше 320 градусов, но всерьёз говорить о выделении стирола в процессе эксплуатации пенополистирольных блоков в интервале температур от минус 40 до плюс 70 °C нельзя. В научной литературе имеются данные о том, что окисления стирола при температуре до +110 °C практически не происходит».

Также эксперты утверждают, что падение ударной вязкости материала при 65 °C не отмечено на интервале 5000 часов, а падение ударной вязкости при 20 °C не отмечено за 10 лет.

Токсичная природа стирола и способность пенополистирола выделять стирол считается европейскими экспертами недоказанной. Эксперты, как в строительной, так и в химической отрасли либо отрицают саму возможность окисления пенополистирола в обычных условиях, либо указывают на отсутствие прецедентов, либо ссылаются на отсутствие у них информации по данному вопросу.

Кроме того, сама опасность стирола изначально часто преувеличивается. Согласно крупномасштабным научным исследованиям, проведённым в 2010 г. в связи с прохождением обязательной процедуры перерегистрации химических веществ в Европейском Химическом Агентстве в соответствии с регламентом REACH, были сделаны следующие выводы:

  • мутагенность — нет оснований для классификации;
  • канцерогенность — нет оснований для классификации;
  • репродуктивная токсичность — нет оснований для классификации.

Более того, необходимо иметь в виду, что стирол естественным образом содержится в кофе, корице, клубнике и сырах.

Таким образом, основные опасения, связанные с особой токсичностью стирола, якобы выделяющегося при использовании пенополистирола, не подтверждаются.

Пожароопасность пенополистирола

Пожароопасность необработанного пенополистирола

Немодифицированный пенополистирол (класс горючести Г4) — легковоспламеняющийся материал, воспламенение которого может произойти от пламени спичек, паяльной лампы, от искр автогенной сварки. Пенополистирол не воспламеняется от прокаленного железного провода, горящей сигареты и от искр, возникающих при точке стали. Пенополистирол относится к синтетическим материалам, которые характеризуются повышенной горючестью. Он способен сохранять энергию от внешнего источника тепла в поверхностных слоях, распространяя огонь и инициируя усиление пожара.

Температура воспламенения пенополистирола колеблется от 210 °C до 440 °C в зависимости от добавок, используемых производителями. Температура воспламенения конкретной модификации пенополистирола определяется согласно сертификационному классу.

При воспламенении обычного пенополистирола (класс горючести Г4) в короткое время развивается температура 1200 °C, при использовании специальных добавок (антипирены) температура горения может быть снижена согласно классу горения (класс горючести Г3). Горение пенополистирола проходит с образованием токсичного дыма различной степени и интенсивности в зависимости от примесей, добавленных к пенополистиролу для снижения дымообразования. Дымовыделение токсичных веществ в 36 раз больше по объёму чем у древесины.

Горение обычного пенополистирола (класс горючести Г4) сопровождается образованием токсичных продуктов: циановодорода, бромоводорода и т. д..

По указанным причинам изделия из необработанного пенополистирола (класс горючести Г4) не имеют сертификатов допуска для применения в строительных работах.

Производители используют модифицированный специальными добавками (антипиренами) пенополистирол, благодаря которым материал имеет различные классы по воспламенению, горючести и дымообразованию.

Таким образом, при корректном монтаже, в соответствии с ГОСТ 15588-2014 «Плиты пенополистирольные теплоизоляционные. Технические условия», пенополистирол не представляет угрозы для пожаробезопасности зданий. Технология «мокрого фасада» (WDVS, EIFS, ETICS), которая подразумевает применение пенополистирола в качестве утеплителя в ограждающей конструкции, находит большое применение в строительстве.

Модифицированный пенополистирол для пожарной безопасности

Для снижения пожароопасности пенополистирола при его получении к нему добавляют антипирены. Полученный материал называется самозатухающим пенополистиролом (класс горючести Г3) и обозначается у ряда российских производителей дополнительной буквой «С» в конце (например — ПСБ-С).

01.05.2009 вступил в действие новый федеральный закон ФЗ-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Изменилась методика по определению группы горючести горючих строительных материалов. А именно, в статье 13, пункт 6 появилось требование, исключающее образование капель расплава в материалах с группой Г1-Г2

Учитывая то, что температура плавления полистирола около 220°C, то все утеплители на основе этого полимера (в том числе экструдированный пенополистирол) с 01.05.2009 будут классифицированы группой горючести не выше Г3.

До вступления ФЗ 123 в силу, группа горючести марок с добавлением антипиренов характеризовалась как Г1.

Снижение горючести пенополистирола в большинстве случаев достигается заменой горючего газа для «надувания» гранул на углекислый газ.

Какие пенопласты бывают?

За словом пенопласт сегодня «скрывается» большая группа полимерных материалов, сходных по способы производства и основным свойствам. Как определиться в выборе необходимого пенопласта в утеплении или звукоизоляции дома? Попытаемся разобраться!..

Основные виды сырья для производства пенопластов:

  • полистирол;
  • полиэтилен;
  • поливинилхлорид;
  • полиуретан.

Полистирольные пенопласты

Полистирольный пенопласт

Полистирольный пенопласт — всем знакомый пенопласт, который можно легко увидеть, открыв коробку с какой-либо бытовой техникой. Похож на пчелиные соты на срезе.

Он состоит из сцепленных между собой маленьких шариков и может быть прессовым и беспрессовым. Разница в силе связи гранул между собой, что определяет механическую прочность пенопласта на излом и разрыв.

Пример маркировка пенопластов отечественных производителей:

ПС-4 или ПС-1 — это плиточный пенопласт с замкнутоячеистой структурой, изготовленный по прессовой технологии. Плотность от 40 кг/м3 до 600 кг/м3;

ПСБ-С — беспрессовый пенопласт с самозатухающей способностью.

Вреден ли пенопласт как утеплитель? Относительно токсичности пенополистирольных материалов нет однозначного мнения. Полистирол, в принципе, не токсичен. Опасность может представлять остаточный стирол, который в определенных условиях может выделяться с пенопласта и негативно влиять на самочувствие людей, контактирующих с ним.

Поэтому при выборе таких материалов следует отдать предпочтение качественным и сертифицированным материалам, проверенных производителей.

Высокая горючесть данных материалов также говорит не в пользу экологической безопасности оных. Но введение в состав сырья специальных добавок позволило получить самозатухающий пенопластовый утеплитель . Но, все равно пенополистирольные плиты рекомендуют использовать при внешнем утеплении.

Экструдированный пенополистирол характеризуется более высокими показателями прочности, теплоизоляции, экологической безопасности. Имеет более высокую цену.

Пенопласт из полиэтилена

«Полиэтиленовый» пенопласт — эластичный, мягкий на ощупь, полупрозрачный материал. Преимущественно используется для изготовления продуктовой упаковки.

Пенопласт из полиэтилена

Поливинилхлоридный пенопласт

Данный вид пенопласта относится к негорючим, эластичным, малотоксичным материалам.

Поливинилхлоридный пенопласт

Полиуретановые пенопласты

Поролон — это типичный пример полиуретанового пенопласта. Вспоминаем… Эластичный материал, легко пропускает воздух, впитывает воду и водяные пары и «боятся» воздействия солнечных лучей, желтея и постепенно разрушаясь при контакте с ними. Используется в изготовлении мебели и утеплительно-изолирующих материалов для окон и дверей. При горении выделяют токсичный дым.

Полиуретановый поролонПенопласт как утеплитель стен

Использовать пенопласт как утеплитель стен — это экономически выгодный и удобный способ утепления.

Пенополистиролом могут быть утеплены стены, потолок, крыша, пол, фундамент, балкон, лоджия…

Пенополистирол при утеплении стен снаружи не только не портит внешний вид здания, но и «предоставляет» возможности моделировать фасад по своему усмотрению.

Применение

Одноразовая термопосуда из пенополистирола

Пенополистирол чаще всего используется как теплоизоляционный и конструкционный материал. Области его применения: строительство, вагоно- и судостроение, авиастроение. Довольно большое количество пенополистирола применяется как упаковочный и электроизоляционный материал.

  • В военной промышленности — как утеплитель; в системах индивидуальной защиты военнослужащих; как амортизатор в шлемах.
  • В производстве бытовых холодильников как теплоизолятор (в СССР это серийно производившиеся холодильники «Ярна-3», «Ярна-4», «Визма», «Смоленск» и «Арагац-71») до начала 1960-х гг., когда пенополистирол был вытеснен пенополиуретаном.
  • В производстве тары и одноразовой изотермической упаковки для замороженных продуктов
  • В строительстве зданий — применение пенополистирола в России в строительной отрасли регламентируется государственными стандартами и ограничивается использованием в качестве среднего слоя строительной ограждающей конструкции. Пенополистирол широко применяется для утепления фасадов (класс горючести Г1). Потенциально высокая пожароопасность этого материала требует обязательного проведения предварительных натурных испытаний. В августе 2014 года ФГБУ ВНИИПО МЧС России отметил, что применение в конструкции СФТК («Системы фасадные теплоизоляционные композиционные») в качестве утеплителя (теплоизоляции) основной плоскости фасада плиточного пенополистирола (только тех марок, которые указаны в ТС), не являющегося материалом для отделки или облицовки внешних поверхностей наружных стен зданий и сооружений, противоречит требованиями Статьи 87, части 11 ФЗ № 123-ФЗ и пункта 5.2.3 СП 2.13130.2012. В июле 2015 года вступил в силу современный ГОСТ 15588-2014 «Плиты пенополистирольные теплоизоляционные. Технические условия», указывающий на обязательное наличие в составе материала антипиреновых добавок, обеспечивающих пожаробезопасность (самозатухание, неспособность поддерживать самостоятельное горение) пенополистирольных плит при хранении и монтаже.
  • С 1970-х гг. пенополистирол применяется при строительстве дорог, устройстве искусственных рельефов и насыпей, прокладке транспортных путей на территориях со слабыми грунтами, при защите дорог от промерзания, для снижения вертикальной нагрузки на конструкцию и в ряде других случаев. Наиболее активно используют пенополистирол в дорожном строительстве США, Япония, Финляндия и Норвегия. Требования и нормы ГОСТ к данному продукту в этих странах кардинально отличаются от Российских и стран СНГ.
  • Служит материалом для производства детских игрушек, дизайнерской мебели и предметов интерьера. Также служит материалом для создания объектов современного декоративно-прикладного и концептуального искусства.

Переработка вспенивающегося полистирола

Изготовление пенопласта из вспенивающегося полистирола происходит в три стадии:

  1. Предварительное вспенивание.
  2. Промежуточная выдержка (созревание).
  3. Окончательное вспенивание с формованием.

На каждом этапе необходим контроль качества по определенным параметрам.

Предварительное вспенивание

При предвспенивании гранулы расширяются под воздействием насыщенного пара. Нагрев гранул происходит при температуре 80 – 110ᵒС. В зависимости от давления пара и времени обработки плотность полистирола снижается с 630 кг/м. куб. до 15-30 кг/м. куб. Плотность предварительного вспенивания определяется конечной плотностью готового изделия.

Чаще всего для строительных блоков гранулы могут повторно вспениваться после промежуточного вызревания в течение 4-6 часов, для получения в готовом изделии малой плотности. Двойное вспенивание применяют для достижения низкой объемной плотности – 15кг/м. куб. и ниже.

При первичном предвспенивании получают объемную плотность в 1,5 раза ниже желаемой итоговой плотности в готовом изделии. Содержащийся в исходных гранулах пентан раздувает их до 50-тикратного объема по сравнению с первоначальным, что приводит к образованию пенопластовых гранул с замкнутыми ячейками.Размер гранул после предвспенивания 3,6-6 мм.

Созревание гранул – предварительная выдержка

Промежуточная выдержка в силосах, во время которой пентан и водяной пар конденсируются в ячейках, создавая разрежение, способствует диффузии воздуха в ячейки. Одновременно происходит твердение полистирола. Время выдержки, как правило, от 6 до 24 часов, в зависимости от марки полистирола и температуры окружающего воздуха..

Гранулы сушатся (после вспенивания остаточная влажность до 5%), из них выходит избыточный пентан, стабилизируются в хорошо проветриваемых силосах. Сушка проводится в теплых помещениях без сквозняков, иначе гранулы могут «схлопнуться». Ведь тонкие стенки ячеек только что вспененного материала особенно чувствительны к дополнительному давлению среды и перепадам температур. Поэтому предварительно вспененный полистирол непосредственно после вспенивания подвергается стабилизации.

По этой же причине необходимо избегать механических повреждений гранул при транспортировке из предвспенивателя в силосы. Рекомендуемая линейная скорость подачи материала не более 8м/с.

Поэтому наилучшим образом себя зарекомендовала пневматическая подача с контролируемой скоростью. Трубопроводы должны быть без резких изгибов для исключения травмирования гранул.

Формование пенополистирола

Затем предвспененные гранулы засыпаются в вакуумформы, где при обработке перекрестным паром, под воздействием парового удара под вакуумом они размягчаются и расширяются, и методом прессования свариваются друг с другом. Это тепловой, но не химический процесс. Готовый продукт охлаждается водой и извлекается из формы. То есть при изготовлении готовых изделий из пенополистирола не используются дополнительные химические вещества, например, смолы.

Таким образом получается формованный пенопласт с высоким содержанием воздуха, заключенного в огромном количестве замкнутых ячеек, что является причиной высокой и стабильной теплоизоляции. Остаточный пентан продолжает выходить из ячеек ещё минимум сутки. Во время вылежки гранулы упрочняются, так как в разогретом полистироле продолжают протекать процессы полимеризации.

Различие пенопласта по способам изготовления

Прежде чем мы приступим к рассмотрению видов пенопласта необходимо внести ясность в терминологию. Многие называют пенопластом легкий белый материал состоящий из огромного количества белых спрессованных шариков, в целом это верно, но нужно разъяснить один момент. 

Пенопласт — это общее название для целой группы материалов получаемых путем вспенивания пластмасс. Так как вспенивать можно различные пластмассы, то существует огромное количество пенопластов. Например, если в качестве сырья применяется полистирол — получается материал пенополистирол, если в качестве сырья используется полиуретан — получается материал пенополиуретан (один из видов это монтажная пена), из поливинилхлорида получают поливинилхлоридный пенопласт.

Технология производства для всех пенопластов состоит из трех основных этапов:

  1. Смешивание используемых компонентов.
  2. Вспенивание.
  3. Структурирование.

Основным технологическим звеном является вспенивание, на этом этапе происходит газонаполнение полимеров, которое определяет технические характеристики материала.

Важную роль на физико-механические свойства пенопласта оказывает соотношение между открытыми и закрытыми ячейками с воздухом. Замкнутые ячейки – гарантия низкой гигроскопичности. Чем меньше пенопласт впитывает воды, тем лучше его теплотехнические характеристики, тем дольше служит материал.

Зависит структура пенопласта от технологии изготовления и используемого сырья. Большое число замкнутых ячеек у пенопласта из полистирола, полиуретана и поливинилхлорида.

По технологии производства различают две основные разновидности пенополистирола:

  • вспененный пенополистирол — (EPS)
  • экструдированный пенополистирол — (XPS).

Вспененный пенополистирол — (EPS)

Наиболее часто в быту используется вспененный пенополистирол. Он применяется в качестве теплоизоляции, материала для упаковки техники и мебели. При его изготовлении газонаполнение полимеров производится с помощью вспенивающих компонентов.

Вспененный пенополистирол.

Технологическая цепочка состоит из нескольких этапов:

  • Перемешивание полистирола, который иногда заменяют полимонохлорстиролом или полидихлорстиролом.
  • Добавление вспенивающих компонентов, в роли которых выступают легкокипящие углеводороды – дихлорметан, пентан или изопентан.
  • Добавление добавок, которые улучшают свойства готового материала – пластификаторов, антипиренов и красителей.
  • Формирование гранул с равномерным распределением легкокипящих жидкостей в полистироле.
  • Обработка паром или горячим воздухом.
  • Увеличение гранул в размерах в результате резкого испарения легкокипящих жидкостей.
  • Структурирование ячеек пенопласта, придание ему формы.

В результате закипания вспенивающих компонентов гранулы увеличиваются в размерах более чем в 50 раз. Стенки формирующихся ячеек твердеют и сливаются, замыкая внутри воздух – идеальный теплоизолятор. Материал получается легким, однородным, хорошо сохраняет преданную ему форму.

Гранулы вспененного пенополистирола в увеличенном виде.

Экструдированный пенополистирол — (XPS)

Главными отличиями в технологии производства экструдированного пенополистирола являются отсутствие обработки паром и структурирование путем выдавливания из плоскощелевой экструзионной головки. В качестве вспенивающего агента в первые десятилетия производства материала использовали фреоны, сегодня применяют углекислый газ. 

Этот пенополистирол имеет сплошную структуру с закрытопористыми ячейками диаметром 0,1 – 0,2 мм.

Экструдированный пенополистирол.

Экструдированный пенополистирол обладает хорошими теплоизоляционными свойствами при этом он обладает большей плотностью чем вспененный пенополистирол. Это позволяет использовать экструдированный пенополистирол для утепления тех объектов, для которых вспененный пенополистирол слишком мягкий. Возможно изготовление экструдированного пенополистирола, который будет выдерживать нагрузку до 35 тонн на 1 м2.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации