Состав пенопласт: Структура и состав пенопласта

Содержание

Структура и состав пенопласта — DAKO-GROUP

Когда речь идет об утеплении дома, первое, что приходит на ум — это пенопласт.

Пенопласт — представляет собой вспененные (ячеистые) пластические массы, другими словами газонаполненные пластмассы. Основной объём пенопласта занимает газ, поэтому плотность пенопласта существенно ниже, чем плотность его исходного сырья (полимера). Это обусловливает сравнительно высокие теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства материалов данного класса.

Любой теплоизоляционный материал содержит воздух, находящийся в порах.

Улучшенный показатель теплопроводности зависит от количества атмосферного воздуха, содержащегося в материале. Чем его больше, тем меньше коэффициент теплопроводности.

Из чего делают пенопласт?

Пенопласт это общее название для всех вспененных ячеистых масс, существует несколько видов пенопласта, которые отличаются между собой полимером и сферой применения.

Виды пенопласта:

полистирольные пенопласты;
полиуретановые;
поливинилхлоридные;
полиэтиленовые пенопласты.

Полистирольный (пенополистирол).

Пенополистирол представляет собой не что иное, как множество пузырьков воздуха, заключенных в тоненькие оболочки из полистирола. Это один из самых распространенных видов пенопласта. Если вы собираетесь утеплить дом пенопластом, это именно тот вид, что вам нужно. Пенополистирол имеет прекрасные теплоизоляционные свойства. Исходным материалом для производства этого вида является полистирол.

Полистирол — продукт полимеризации стирола, термопластичный полимер линейной структуры.

Это довольно хрупкий и жесткий полимер, имеющий небольшую плотность. Растворяется в ацетоне, бензине и некоторых других веществах. Он легко поддается формовке, покраске, механической обработке, склеиванию. Характеризуется малым водопоглощением. В структуре пенопласта взаимно распределены в пространстве полимер и газовая среда. Газообразная фаза при этом составляет не менее 50% (по объёму), а минимальный диаметр ячеек не превышает 0,02 мм. Ячейки воздуха разделены тонкими плёнками полимерного материала. Сочетание твёрдой и газообразной фаз определяют специфичность свойств пенопластов.

Полиуретановые пенопласты.

Этот вид пенопласта получается при взаимодействии полиэфира с диизоцианатом. Реакция сопровождается образованием двуокиси углерода, в результате чего происходит вспенивание массы. Полиуретановые пенопласты все шире применяются в обувной промышленности.

Поливинилхлоридные пенопласты.

Легкий материал на основе поливинилхлорида и газообразователя. Поливинилхлоридные пенопласты могут быть получены с изолированными (пенопласты) и с сообщающимися (поропласты) ячейками.

Полиэтиленовые пенопласты.

Наверняка вы уже догадываетесь, из чего делают пенопласт этой группы — из полиэтилена. Это полимер этилена — белая воскообразная масса. Листы же малой толщины, как правило, бесцветны, прозрачны.

Изготовление пенопласта.

Полистирольные гранулы вспенивают и обрабатывают горячим паром. Процедуру повторяют несколько раз, в результате чего значительно уменьшаются показатели плотности и веса материала. Подготовленную массу высушивают, чтобы удалить влагу. Процесс осуществляют на открытом воздухе в специальных сушильных ёмкостях. На этой стадии производства структура пенопласта приобретает окончательную форму. Размеры гранул находятся в пределах от 5 до 15 мм. Высушенным гранулам пенопласта придают соответствующую форму в виде плит. Прессование проводится на специальных установках или станках, которые «упаковывают» пенопласт и придают ему компактную форму.

Пенопласты — характеристики свойства и виды пенопласта | ПластЭксперт

Общие свойства и характеристики пенопласта

Пенопласт. Основные понятия

Пенопласт – это разновидность композитного материала низкой плотности или пеноматериала, одним из компонентов которого является полимер, вторым компонентом – газ. Другими словами, пенопласт является наполненной газом пластической массой. Как правило, пенопласты, в отличие от поропластов, имеют строение в виде изолированных ячеек или отвердевших пен. Ячейки состоят из замкнутых полостей, которые не соединены между собой и в качестве разделителя имеют стенки полимерной матрицы. Отличие поропластов от пенопластов состоит в том, что первые обладают губчатой структурой (поры не изолированы). Система пор, связанных между собой, является главным признаком поропластов.

Отметим, что определение пенопластов и поропластов, данное выше, достаточно условно, т.к. во многих случаях в пенопласте значительное количество ячеек соединено между собой, а в поропласте может быть изолировано. На сто процентов можно говорить об изоляции лишь в том случае, если материал состоит из отдельных вспененных гранул, например популярный в строительстве пенопласт пенополистирол. Точнее будет называть пенопластом любой наполненный газом пластик, который был произведен вспениванием изначально вязко-текучей или жидкой композиции полимера с дальнейшим отверждением последней.

Производство вспененных пластмасс

Выпуск пенопластов в промышленных условиях заключается в том, что газ распределяется в полимере, который в данном случае является полуфабрикатом. Это может быть расплав, раствор, расплаве, дисперсия, жидкий олигомер и т.д. Либо в процессе производства газ не добавляется, а создаются условия для самостоятельного выделения необходимого объема газа в массе полимерного связующего. Это может происходить непосредственно в ходе синтеза или модификации исходного полимера, яркий пример такого материала – пенопласт ППУ (пенополиуретан).

Технологический процесс получения пенопластов использует разнообразные способы достижения эффекта вспенивания, их можно разделить на следующие виды:

нагнетание газа под давлением в полимерную систему;

добавление в полимерную систему химических агентов порофоров или газообразователей, которые при определенных условиях разлагаются с выделением газообразных соединений;

добавление веществ, которые выделяют газ в ходе химической реакции между собой или с другими компонентами системы;

перемешивание при помощи механических устройств в присутствии пенообразователей или так называемое «барботирование»;

введение в полимерную матрицу легко испаряющихся жидкостей, создающих газовую фазу при повышении температуры;

другие реже используемые операции.

Различные способы получения вспененной структуры позволяют варьировать свойства готовой продукции в зависимости от исходного состава системы и условий отверждения композиции. В частности, можно получить пенопласт более открытой или замкнутой структурой, разной плотности, различных размеров ячеек и т.п.

Производство пенопласта

Машины и оборудование для производства пенопластов делится на типы, которые зависят от метода получения конечного материала и технических характеристик начального полимера, предназначенного для вспенивания.

Виды пенопласта по методу производства. Экструдированный пенопласт, чаще всего встречается полиэтилен, производят из полимера вспениванием в цилиндре экструдера, либо в элементах формующей оснастки. Пенополистирол или ПСВ производится в виде бисерных гранул, содержащих легкокипящий пентан, которые затем для вспенивания обрабатываются горячим паром непосредственно в форме.

Уже упомянутый выше пенополиуретан получают и перерабатывают в изделия методом впрыска двухкомпонентной смеси на специальных заливочных машинах под давлением. Причем таким образом получают изделия и из мягкого (поролон) ППУ, и жесткого (изоляция труб, детали интерьера автомобиля), так называемого интегрального пенополиуретана. Компонентами для смеси являются полиол и изоцианат, реагирующие с выделением углекислого газа. Их химические особенности и соотношение при впрыске определяют свойства получаемых изделий. Смешение полиола и изоцианата из-за их высокой реакционной способности обычно происходит в головке высокого давления непосредственно перед впрыском в полость в формы.

Рис. 1 Мягкая мебель – основной рынок для эластичного ППУ (поролон).

Простейшие изделия из вспененных пластмасс можно получать и на стандартных машинах для переработки полимеров, например ТПА или экструзионных линиях. Для этого в состав композиции необходимо добавить специальные концентраты добавок веществ, разлагающихся в ходе техпроцесса, так называемых порофоров. Обычно при этом не достигается значительного вспенивания изделий, соответствующей экономии сырья и улучшения свойств готового продукта, однако на его поверхности могут появиться нежелательные следы выхода газа по полимерной массы – дефект «серебрения». Строго говоря, при этом методе получается слегка подвспененная монолитная деталь, а не пенопласт в классическом понимании.

Детали из поропластов можно также выпускать путем вымывания растворимого наполнителя из пластиковой заготовки. Другой редкий способ заключается в спекании порошкообразных пластмасс, причем он подходит и для других материалов, например некоторых металлов. Также пенопласт можно получать при конденсационном структурообразовании, возможного в растворах полимеров. Родственные пенопластам материалы получаются добавлением в полимерную матрицу полых наполнителей, заполненных газом, в том числе микрокапсул различной природы. Таким образом производят газонаполненные пластмассы.

Полимеры, пригодные для вспенивания, и вспениватели

Большинство известных полимеров вполне можно наполнять газами, получая пенопласт. При этом крупнотоннажные пенопласты промышленность производит в основном на основе полистирола (вспененный полистирол, ПСВ), полиэтилена (вспененный ПЭ), поливинилхлорида (пеноПВХ), полиуретанов (ППУ), полипропилена (вспененный ПП). Реже используются полиреактивные, как и ППУ, материал, например эпоксидные, карбамидные, фенольные смолы, а также кремнийорганические полимеры.

Главным образом, при вспенивании в промышленности применяются следующие газообразователи: имеющие в составе азот (азосоединения, нитросоединения, карбонат аммония и т.п.) и легкокипящие жидкости — изопентан, разновидности фреона, метиленхлорид.

Свойства изделий из пенопластов

Современная индустрия производит эластичные (мягкие) и жесткие (интегральные) пенопласты, имеющие ячейки размером 0,02—2 мм, максимум до 5 мм. Эти материалы обладают очень высокими теплоизоляционными и звукоизоляционными свойствами и очень низкой кажущейся плотностью (от 0,02 до 0,5 г/см2). Другие характеристики пенопластов, такие как механические и электрические свойства, газопроницаемость, водо- и химическая стойкость и т.п. зависят от химического состава и рецептуры изначальной полимерной системы и от метода производства и структуры изделия.

Детали из пенопласта, как правило, не нуждаются в дальнейшей постобработке. То есть количество отходов при производстве и эксплуатации таких изделий низкое. Этот факт вкупе с уже озвученными преимуществами делает пенопласт очень привлекательной для изготовителей изделий из пластиков.

Области применения пенопластовых изделий

Теплопроводность любых вспененных материалов очень низкая, что определяющих широкий спектр их применения в самых различных областях человеческой жизни.

Рис 2. Относительно новое применение пенопласта – одноразовые лотки для пищи.

Описываемые изделия широко применяются как утеплитель и звукоизоляционный материал в строительстве, теплоизоляции трубопроводов, в судостроении и самолётостроении, в машиностроении (изоляция холодильников и химических реакторов), автопроме и во многих других областях. Пенопласт применяют при производстве многослойных конструкций (сэндвич-панели), различных плавучих средств, изоляционных листов, амортизирующих прокладок. Широчайшую популярность завоевал вспененный полистирол в разнообразной таре и упаковки, в том числе для бытовой техники и электроники, а также в виде лотков для пищевых продуктов. Огромный объем производства эластичного пенополиуретана необходим для выпуска мягкой мебели, матрацев и зимней одежды. Срок эксплуатации таких изделий может достигать десятков лет.

Что такое пенополиуретан? — Ассоциация пенополиуретанов

Плиты пенопласта «булочка» поднимаются по мере продвижения по производственной линии.

Пенопласт чаще всего производится в виде больших булочек, называемых плитами, которые отверждаются в стабильный твердый материал, а затем разрезаются и формируются на более мелкие кусочки различных размеров и конфигураций. Процесс производства плит часто сравнивают с подъемом хлеба: жидкие химикаты выливают на конвейерную ленту, и они сразу же начинают пениться и подниматься в большую булочку (обычно около четырех футов высотой), когда они движутся по конвейеру.

Корусель форм для изготовления деталей из пенопласта.

Сырье для пенопласта можно также заливать в алюминиевые формы, где отвержденная пена принимает размер и форму формы. Формование позволяет производить изделия из пенопласта такой формы, которую трудно получить при изготовлении пенопласта из плоской булочки. Процесс формования может объединять пенопластовые компоненты с другими деталями, такими как металлический каркас. Одним из примеров этого является подголовник автомобильного сиденья. Из-за высоких первоначальных затрат на производство пресс-форм литье обычно предназначено для больших производственных циклов. Формованная пена часто встречается в салонах автомобилей, деловой мебели и спортивном инвентаре.

Процессы производства плит и формованного пенопласта описаны в учебном пособии PFA по производству пенопласта.

Основное сырье для FPF часто дополняется добавками, придающими желаемые свойства. Они варьируются от комфорта и поддержки, необходимых для мягких сидений, до амортизации, используемой для защиты упакованных товаров, и долговременной стойкости к истиранию, необходимой для ковровой подушки.

Аминовые катализаторы и поверхностно-активные вещества могут изменять размер ячеек, образующихся при реакции полиолов и изоцианатов, и тем самым изменять свойства пены. Добавки также могут включать антипирены для использования в самолетах и автомобилях и антимикробные вещества для подавления плесени при наружном и морском применении.

Станок для резки петель

После того, как пена изготовлена, из нее можно делать сложные формы. Основные инструменты для производства пенопласта – вертикальные ленточнопильные станки и горизонтальные продольно-резательные станки – были адаптированы из деревообрабатывающего оборудования. Поскольку пенопласт является гибким, его можно прикрепить к вертикальному колесу с режущими лезвиями, этот процесс называется разрезанием петли.

Гофрированная пена

Изготовители также используют лазеры, горячую проволоку, водяные струи, волнообразные извилины и другие технологии. Пена может быть сжата по мере ее разрезания для получения таких эффектов, как «свернутая» пена, которая иногда используется в наматрасниках.

Полиуретан также можно комбинировать с другими материалами, например, с неткаными подложками, сеткой, тканью и волокном. Методы склеивания включают склеивание пламенем, склеивание горячей пленкой, адгезию горячего расплава и порошковое ламинирование, когда порошковый клей используется для соединения пенопласта с подложкой посредством термического процесса. Хедлайнеры (мягкий потолок салона автомобиля) обычно состоят из нетканого материала, ламинированного на тонкую пенопластовую основу с использованием пламенного склеивания.

Сетчатая пена

Другие процессы изменяют структуру и эксплуатационные характеристики пены. Одно из самых драматических и очень полезных изменений — это ретикуляция. Ретикуляция влечет за собой разрушение многих стенок ячеек пены, чтобы обеспечить большую пористость и воздушный поток. Этого можно достичь, подвергая пену контролируемому взрыву газовой смеси в закрытом реакторе или подвергая пену воздействию щелочной ванны. Сетчатая пена часто используется в системах фильтрации воздуха и жидкости, а также в качестве антипомпажной мембраны в топливных баках.

Склеенная ковровая подушка

Одним из наиболее важных с коммерческой точки зрения преобразований пенопласта является переработка отходов пенопласта в склеенную ковровую подушку. Лом пенопласта различных видов измельчается и помещается в блок обработки с химическим клеем. Смесь находится под давлением и в нее впрыскивается пар, чтобы сформировать большой пенопластовый цилиндр или блок. Затем этот материал «очищают» до нужной толщины для использования в ковровых подушках. Склеенная пена является самым популярным типом ковровых подушек, доля рынка которого составляет более 80 процентов.

Свойства пены могут быть измерены и заданы очень точно, чтобы выбрать правильный сорт пены для правильного применения. Характеристики пены обсуждаются на нашей странице характеристик пены, а методы испытаний, используемые для определения пены, рассматриваются в отраслевых стандартах.

Состав, использование, переработка и воздействие

Пенополистирол представляет собой экструдированный пенополистирол с закрытыми порами и обычно называется «Синяя доска». Он изготавливается в виде изоляционной плиты и может использоваться в крышах, стенах, а также в таких конструкциях, как гидроизоляция и теплоизоляция. Материал светло-голубого цвета, но этот термин используется во всем мире для обозначения одного белого материала, изготовленного из полистирола (вспененного). Вы также можете купить этот пенополистирол в виде листов пенопласта или даже контейнеров из пенопласта.

Из чего сделан пенополистирол?

Пенополистирол изготавливается из продукта на нефтяной основе, известного как стирол, который перерабатывается в полистирол путем полимеризации с последующим добавлением гидрофторуглеродного агента. Эта комбинация позволяет ему выдавливаться и расширяться до тех пор, пока не будет сформирована пенопластовая плита.

Этот пенополистирол используется в ремесленных целях и известен резким звуком, который он издает при разрезании или отрыве его части, а также тем, что материал довольно шероховатый. Также обнаружено, что он умеренно растворим в цианоакрилатах, многих органических растворах и даже в растворителях и пропеллентах аэрозольной краски.

Лаборатория химической физики Dow, которой руководил Рэй Макинтайр, в 1940-х годах нашла метод производства вспененного полистирола. Они фактически заново открыли метод, который изначально использовался Карлом Георгом Мюнтерсом, и сумели получить эксклюзивную лицензию на его патент в Америке. Dow применила метод, используемый Munters, для производства значительного количества экструдированного полистирола в виде влагостойкой пены с закрытыми порами. Они также подали патент на эту конкретную адаптацию в 1947 году.

Использование пенополистирола

Пенополистирол состоит на 98% из воздуха, что делает его плавучим, легким и чрезвычайно полезным. Компания Dow произвела и запатентовала пенополистирол, который используется в строительных материалах, включая изоляцию труб и изоляционные покрытия зданий. Говорят, что R-значение изоляции этих материалов составляет пять на дюйм.

Пенополистирол также можно использовать под такими конструкциями, как дороги, чтобы избежать нарушений почвы, возникающих зимой из-за замерзания и оттаивания. Его также можно использовать в качестве структурной изоляционной панели для использования в ремесленных изделиях и даже флористами. Обратите внимание, что пенополистирол для ремесел обычно имеет зеленый и белый цвета, а пенополистирол Dow Insulation — синий. К поделкам из этого материала относятся и скульптуры из пенопласта.

(изображение скоро будет обновлено)

Небиоразлагаемый загрязнитель

Недостатком этого материала, несмотря на его большую полезность, является то, что неизвестно, сколько времени требуется для биоразложения этого материала. По некоторым оценкам, это может занять до 500 лет, и это при ограниченных возможностях его переработки.

Пенополистирол при использовании с пищевыми продуктами и при нагревании выделяет в пищу определенные токсичные химические вещества, которые вызывают загрязнение и могут иметь катастрофические последствия для здоровья человека. Он даже создает вредные загрязнители воздуха, когда подвергается воздействию солнечного света, и он может загрязнять свалки, на которых он выбрасывается, и даже вызывать истощение озонового слоя. Это означает, что пенополистирол является видом отходов, которые вредны для окружающей среды. Это оказывает большое и неблагоприятное воздействие на экологическую систему планеты на различных уровнях.

Свалки

Пенополистирол представляет угрозу для окружающей среды, и только на американских свалках захоронено около 1369 тонн этого материала. Поэтому свалки быстро заполняются им, а это материал, который занимает больше места. Фактически, на свалках по всему миру пенополистирол занимает 25-30% площади. В 2006 году, по данным экологической группы, на свалках Гонконга ежедневно выбрасывалось около 135 тонн отходов полистирола.

Поэтому многие страны ввели запрет на его коммерческое использование из-за его воздействия на окружающую среду, включая некоторые места в США, Канаде, Франции, Филиппинах, Тайване и т. д.

Воздействие на животных

Пенополистирол может причинить большой вред всем животным, потребляющим пищу со свалок. Поскольку эти продукты можно очень легко разбить на более мелкие кусочки, они представляют опасность для этих существ.

Статистика.

Пенополистирол считается непотопляемым и обладает способностью сохранять свою форму благодаря воздуху, присутствующему в его структуре. Как уже упоминалось, он даже не ломается и не деградирует со временем. Его можно сжигать только при чрезвычайно высоких температурах, при этом в качестве побочных продуктов выделяется только углерод и небольшое количество воды. Однако, если специализированная мусоросжигательная печь не используется и сжигается в обычном огне, она будет выделять загрязняющие вещества, такие как окись углерода.

Сообщалось, что в 1986 году пятым по величине производителем токсичных отходов были производители пенополистирола. Более 90 000 рабочих ежегодно подвергаются воздействию стирола (из которого состоит полистирол) в компаниях и отраслях, работающих со стекловолокном и каучуком.