Полистирол что это за материал фото

Полистирол в современном строительстве

Полистирол (P olystyrene ) – это продукт полимеризации стирола, термопластичный полимер, основа для производства многих видов пластмасс. Подразделяется на ударопрочный (УПС, УПМ), общего назначения (ПСМ) и вспенивающийся (ПСВ, ПСВ-С).

Использование в промышленности

Синтез стирола впервые был осуществлён в лаборатории американской компании (ныне одного из крупнейших концернов) «The Dow Chemical Company». В европейской промышленности производство полистирола впервые было освоено ещё в начале 30-х гг. XX века. Патент на производство вспенивающегося полистирола получил в 1949г. германский концерн “ BASF ”. Идея производства гранул сферической формы (суспензионный полистирол), принадлежит химику Фрицу Штясны (Германия).

В Советском Союзе полистирол (эмульсионный) применялся с 1938г. в военной промышленности, а с 1958г. и суспензионный полистирол (вспенивающийся) нашёл себе применение (в качестве уникального термоизолятора в гражданском строительстве).

Полистирол принадлежит к разряду аморфных термопластов, которые, как известно, легко окрашиваются и формуются, а также хорошо обрабатываются. При этом он практически не поглощает влагу и стоек к низким температурам. Эти свойства позволяют применять полистирол (общего назначения, ударопрочный и вспенивающийся) не только в производстве ТНП, но также в производстве бытовых и электронных приборов.

Наиболее массовое применение полистирол получил в строительстве, и прежде всего как хороший теплоизоляционный материал.

Использование в отечественном строительстве

В строительстве наиболее широкое применение получили производные от полистиролов ПСМ (общего назначения) и ПСВ-С (вспенивающегося самозатухающего). «Самозатухающий», в данном случае означает «не поддерживающий горение». Следует отметить тот факт, что на юге Башкирии (в 160 км от Уфы) находится один из крупнейших в России производителей полистирола, «Газпром нефтехим Салават» (до февраля 2011 г.- «Салаватнефтеоргсинтез», или «СНОС»).

Ниже мы кратко расскажем об основных материалах на основе полистиролов и технологиях, связанных с их использованием в строительстве и отделке.

1. Блочный пенополистирол ПСБ-С в виде плит, известный также как «пенопласт», обладает высокими шумо- и теплоизоляционными характеристиками. Применяется, прежде всего, как утеплитель. Имеет как сторонников в сфере строительной индустрии, так и ярых противников, особенно среди производителей минеральной ваты и штапельного стекловолокна.

2. Несъёмная опалубка из пенополистирола. Технология строительства зданий и сооружений с применением несъёмной полистирольной опалубки применяется в мире около 40 лет. Сегодня насчитывается более 100 различных систем на её основе. В нашей стране существует два принципиально разных направления строительства по технологии «несъёмная опалубка»:

— технология армированных пенополистирольных плит: бетон наносится снаружи пенополистирола, помещая его вовнутрь стены;

— технология так называемых блок — оболочек: пенополистирольных панелей и блоков, складываемых в единую конструкцию (форму) для укладки (заливки) монолитного железобетона. Бетон оказывается внутри стены, между двумя слоями пенополистирола.

3. Экструдированный (экструзионный) пенополистирол, используемый для шумо-, тепло- и дополнительной гидроизоляции. В первую очередь отличается от блочного пенопласта практически нулевой капиллярностью, и, соответственно, меньшим коэффициентом водопоглощения (как и более высокой ценой). Разработка западная, первыми в постсоветский рынок вошли известные концерны “ BASF ” и “ Dow Chemical ” с торговыми марками “ Стиродур” (« Styrodur ») и “ Стирофом” (« Styrofoam »). В основе этого материала- полистирол общего назначения (ПСМ). Технология быстро и с успехом была освоена отечественными производителями и выпускается в России под множеством брендов («Урса», «Пеноплэкс», «ТехноНИКОЛЬ», «Техноплекс», «Тимплекс», «Европлэкс», «Экстрфом» и др.). Справедливости ради следует отметить, что существует и российская технология производства экструзионного пенопласта, но уже на основе полистирола ПСВ-С, разработанная в ООО НПП «Экспол» (Москва), и внедрённая ещё в 1995г. в городе Реж (Свердловская область).

4. Полистиролбетон — разновидность лёгкого бетона. Смесь цемента, вспененного полистирола и минеральных наполнителей. Этот материал прочен, морозоустойчив, химически инертен, обладает низкой плотностью (объёмным весом) и высокими термоизолирующими свойствами. Низкий объёмный вес и правильная геометрическая форма значительно упрощают укладку полистиролбетонных блоков и сокращают время возведения зданий. Относится к группе слабогорючих (трудновоспламеняемых) материалов (класс Г1), что увеличивает его преимущества по сравнению с аналогами.

5. Неконтактные (невентилируемые) фасадные системы. Также называются «мокрыми штукатурными». Такие системы дешевле вентилируемых фасадов, поскольку оштукатуривание и окраска – несложный и дешёвый способ отделки. В невентилируемой фасадной системе слои пенопласта, прикрепленного к стене, армирующей сетки, грунтовки и финишного покрытия один за другим закрывают поверхность фасада.

6. Потолочная плитка (декоративная) из пенополистирола (клеевые потолки). Подразделяется на инжекционную, прессованную и экструдированную (по методам производства).

7. Декоративные фасадные элементы. Отделка фасадов декоративными элементами из пенополистирола приобретает в современном строительстве всё большее значение. Безликие однообразные фасады ушли в прошлое, поскольку использование фасадного декора может придать уникальный архитектурный облик и строящимся, и реконструируемым зданиям.

8. Некоторые виды пластиковых окон изготавливаются с использованием полистирольных вкладок для улучшения термоизоляции, а также предотвращения образования конденсата.

Кроме перечисленных выше, существует большое количество не менее интересных материалов и технологий, использующих уникальные свойства полистирола. Например, листовой пластик из экструзионного полистирола (в виде цветных и прозрачных листов) может длительно эксплуатироваться под воздействием солнечных лучей и заменять оконные стекла, перегородки и двери, а также применяться в производстве душевых кабин, рассеивателей света, теплиц. Но об этом – отдельная статья.

Полистирол (ПС, PS)

Полистирол является прочным, бесцветным стеклоподобным материалом, который способен пропускать до 90% лучей видимого света и относится к группе синтетических полимерных продуктов класса термопластов.

Химическая формула

Сам термин «полистирол», уже исходя из его названия, говорит о том, что в качестве первичного материала выступает стирол (жидкость, обладающая достаточно неприятным и сильным запахом), а получен он посредством полимеризации.

Полистирол представляет собой полимерный материал, обладающий небольшой механической прочностью, который производится в виде прозрачных гранул, имеющих цилиндрическую форму. Из этих гранул затем изготавливают листы и другую продукцию экструзионным и литьевым способом.

Внешний вид полистирола

1. Гранула первичная.

Фото заимствовано с сайта granula.pro

3. Вид изделия из экструдированного полистирола.

4. Гранула вспененного полистирола.

5. Вид изделия из вспененного полистирола.

6. Вид изделия из светорассеивающего полистирола.

Физические свойства

1. Плотность материала составляет 1060 кг/м 3

2. Насыпная плотность гранул составляет от 550 кг/м 3 до 560 кг/м 3

3. Устойчивость к перепадам температуры — материал выдерживает морозы до -40°C и жару до +60°C, при иных значениях начинает менять изначальную форму

4. Усадка линейная в форме составляет 0,4-0,8%

5. Диэлектрическая проницаемость равняется от 2,4 до 2,6

6. Электрическая прочность с частотой 50Гц — 20-23 кВ/мм

7. Теплоемкость имеет значение 34х10 3 Дж/кг*К

8. Электрическая прочность составляет частоту 50 Гц

9. Тангенс угла при диэлектрических потерях с частотой 1 МГц имеет значение 3-4х10 -4

10. Термическая стойкость может достигать до 100°C, а температурное значение, при котором материал начинает плавиться — ~240°C

11. Не происходит растворения материала в простых эфирах, низших спиртах, алифатических углеводородах, уксусной кислоте, воде и фенолах, устойчив к действию минеральных и растительных масел, растворам солей

12. Растворение происходит в углеводородах (хлорированных и ароматических), сложных эфирах, ацетоне

Для улучшения качественных характеристик полистирола проводят его сополимеризацию с разнообразными виниловыми мономерами. Немаловажное значение также имеют привитые и блок-сополимеры стирола, которые имеют высокую ударную вязкость. Проведение данного процесса имеет название модификации материала.

Способы получения

В производстве получают 3 способами:

Самый 1-й метод получения — это эмульсионный способ (ПСЭ), предполагающий ведение процесса со значительной скоростью при достаточно умеренном температурном режиме. Для производства полистирола таким способом требуется вода, регулятор, инициатор процесса полимеризации и эмульгатор. Сам процесс полимеризации выполняется при температуре от +85°C до +95°C, и подходит к концу, когда остается менее 0,5% свободного стирола. Эмульсионный способ позволяет на выходе получить высокомолекулярный полимер, но материал при этом не получится в конечном счете «чистым», а будет иметь желтоватый оттенок за счет того, что не представляется возможным удалить полностью все посторонние включения.

Суспензионный способ (ПСС) используется для изготовления пенополистирола и сополимеров. Выполняется этот метод в реакторах с рубашкой для нагрева и при непрерывном смешивании, с использованием таких компонентов, как инициатор процесса полимеризации (в роли него применяют перекись бензола, гидроперекись кумола и др.), стабилизатор, эмульсии. Температура в ходе процесса постепенно увеличивается (до +120°C), и процесс полимеризации длится 12-15 ч. В результате теплового воздействия получается суспензия. Из нее путем разделения неоднородных систем получают нужное вещество, подвергающееся промыванию и высушиванию.

Самым эффективным считается блочный способ (ПСМ), обеспечивающий получение полимерного вещества с высокой молекулярной массой и почти свободного от остаточного мономера. Изготовление данным методом возможно осуществить путем термически инициируемой полимеризации в массе с использованием двух или трех реакторов колонного типа, оборудованных механическими устройствами для смешивания и соединенных в последовательном порядке. Процесс полимеризации выполняется в несколько стадий в бензоле. Температура в ходе данного процесса идет на повышение до 200°C. Выпускают произведенный таким образом полистирол в виде мелкодисперсного или крупнозернистого порошка, а также в виде гранулята, имеющего размер не больше 10-16 мм.

Сравнительная таблица физико-механических свойств полистирола, полученного разными методами

Показатель	Блочный	Эмульсионный	Суспензионный
Плотность, кг/м 3	1050 — 1060	1050 — 1070	1050 — 1060
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	39,2	39,2 — 44	41,1
Ударная вязкость, кДж/м 2	19,6 — 21,6	21,6	19,6 — 27,4
Относительное удлинение при разрыве, %	2,0	2,0	2,0
Твердость по Бринеллю, МПа	137 — 157	137 — 196	137 — 157
Теплостойкость по Вика, °С	95-100	100-105	105
Тангенс угла диэлектрических потерь при 10 6 Гц	4 — 10 -4	2 — 10 -4 — 3 — 10 -4	4 — 10 -4
Диэлектрическая проницаемость при 10 6 Гц	2,4-2,7	2,6	2,5-2,6
Содержание остаточного мономера, %	0,5 — 0,8	0,15-0,2	0,1-0,5
Водопоглощение за 24 ч, %	0	0,07	0,01-0,02

По назначению выделяют 4 основных вида полистирола:

2. Общего назначения

Полистирол, относящийся к первому виду — ударопрочный или модифицированный, представляющий собой бесцветный материал, который может быть покрашен в разные цвета. Этот пластик обладает такими свойствами, как легкоплавкость, высокая прочность, морозоустойчивость, легкость механической обработки. Поэтому данный материал и используется в столь разных областях — от рекламной индустрии до строительства. Он достаточно гибок и прост в обработке, совместим с пищевой продукцией и способен выдерживать температурные колебания от -30°C до +70°C.Основные виды ударопрочного полистирола:

1. Сверхударопрочный полистирол, с содержанием каучука от 10% до 15%, SHIPS — Super High Impact Polystyrene

2. Полистирол высокой ударной прочности, с содержанием стирола от 92,5% до 91% и каучука от 7,5% до 9%, HIPS — HighImpactPolystyrene

3. Полистирол средней ударной прочности, с содержанием стирола от 96,5% до 95% и каучука от 3,5% до 4,5% каучука, MIPS — MiddleImpactPolystyrene

Технические характеристики ударопрочного полистирола

1. Модуль упругости при растяжении составляет не менее 1800 МПа

2. Прочность при изгибе составляет не менее 35 МПа

3. Глянец под углом 60° составляет не менее 100

4. Прочность при растяжении составляет не менее 21 МПа

5. Модуль эластичности составляет не менее 50 МПа

6. Относительное удлинение составляет не менее 45%

Полистирол общего назначения — прозрачный материал, который отличается хрупкостью и ломкостью, легко деформирующийся вследствие незначительных надрезов или ударов. Если сравнить его с ударопрочным, то этот полистирол обладает меньшей гибкостью и эластичностью. Изготавливается с помощью суспензионного и блочного метода, и используется для изготовления изделий разнообразными способами термического формования. Возможности применения данного полимера ограничивает повышенная чувствительность к УФ-излучению, но в то же время высокий уровень прозрачности материала позволяет применять его в роли более доступного аналога оргстекла.

Используется данный вид полистирола при изготовлении: корпусов техники, игрушек, внутренней облицовки морозильного оборудования, ТНП, пищевой тары, лотков для яиц, лотков для мяса, листового полистирола, канцелярских товаров, упаковки для бытовой техники и электроники, рассеивателей света.

Технические характеристики полистирола общего назначения:

1. Модуль упругости при растяжении составляет от 2850 МПа до 2930 МПа

2. Прочность на изгиб составляет от 80 МПа до 104 МПа

3. Предел хрупкости составляет от 60°C до 70°C

4. Предельная прочность на разрыв — 3%

5. Максимальная температура эксплуатации составляет от 75°C до 105°C

6. Стеклование составляет от 80°C до 113°C

7. Плотность составляет от 1,04 г/см 3 до 1,06 г/см 3

Экструдированный полистирол изготавливается посредством экструзии и представляет собой листы прозрачные, цветные или молочные. Используется данный материал при долговременном сроке эксплуатации под постоянным воздействием УФ-излучения. Сфера применения достаточно обширна. Используется данный вид полистирола при изготовлении фурнитуры, дверей, пленок, оконных стекол, перегородок, футляров CD / DVD дисков, шкатулок, одноразовой посуды, медицинских изделий, технических изделий. Экструдированный полистирол также является универсальным материалом для строительства, благодаря простоте в монтаже, устойчивостью к влаге, химическим воздействиям, грибкам.

Технические характеристики экструдированного полистирола:

1. Модуль упругости составляет от 3200 МПа до 3500 МПа

2. Предел прочности при изгибе составляет от 75 МПа до 80 МПа

3. Предел прочности при растяжении составляет от 45 МПа до 55 МПа

4. Коэффициент линейного расширения составляет 8х10-5 1/0°C

5. Прозрачность — 90%

6. Относительное удлинение — 1,3%

7. Ударная вязкость — 14 кДж/м 2

Используется данный вид полистирола для повышения теплоизоляции стен, полов, кровель и других конструкций.

Технические характеристики вспененного полистирола:

1. Плотность в килограммах в кубическом метре (удельный вес в килоньютонах в метре кубическом) – 11-35 (107,8-345).

2. Предел изгибной прочности в мегапаскалях – 0,05-0,17.

3. Прочность на сжатие в мегапаскалях (при 10,0% линейной деформации) – 0,05-0,16.

4. Влажность материала в состоянии поставки не превышает 1,0%.

5. Водопоглощение не более 1,0% за 24,0 часа при непосредственном контакте с водой.

6. Время горения на открытом воздухе не превышает 3,0 секунд.

7. Коэффициент теплопроводности при температуре окружающей среды +25±5°С находился в пределах 0,033-0,037.

Данный вид полистирола имеет широкое применение, среди которых следует выделить следующие:

— изготовление строительных плит (тепло и звукоизоляционных);

— производство перемычек с различными связующими;

— изоляция труб различного назначения;

— изготовление потолочных плит;

— производство технической, пищевой упаковки, одноразовой посуды.

Светорассеивающий полистирол

Материал разработан специально для изготовления световой рекламы. Обладает идеальными светорассеивающими свойствами. В отличие от оргстекла, имеет только наружную глянцевую поверхность. Благодаря УФ-стабилизирующим добавкам, отражает прямые солнечные лучи. Используется для изготовления светильников, объемных букв с подсветкой, световых коробов при изготовлении интерьерной и наружной рекламы.

Маркировки

В мире используются следующие типовые аббревиатуры:

1. Полистирол — PS (ПС)

2. Полистирол общего назначения — GPPS (ПСЭ, ПСС или ПСМ — маркировка зависит от способа получения материала)

3. Полистирол средней ударопрочности — MIPS

4. Полистирол ударопрочный — HIPS (УПС, УПМ)

5. Полистирол вспенивающийся — EPS (ПСВ)

Аббревиатура MIPS используется сравнительно редко.

Области применения

Благодаря своим исключительным свойствам, полистирол применяют:

— в бытовой и хозяйственной сфере для изготовления детских игрушек, ведер, упаковочных материалов, тары, канцелярских товаров, принадлежностей для кухни и пр.;

— в строительстве необходим при изготовлении звукопоглощающих компонентов, потолочных панелей, при тепловой изоляции зданий. Также этот материал используется при создании предметов декора, отделки жилых площадей, для устройства оранжерей и пр.;

— для медицинского оборудования и инструментария, включая различное лабораторное оборудование и инструменты для одноразового использования, которые изготавливают из матовых разновидностей полимера;

— распространение в светотехнической сфере (производство конденсаторной пленки, антенн, кабеля) обусловлено отличными диэлектрическими качествами полистирола;

— в военном деле полистирол входит в некоторые виды напалма;

— в отрасли сельского хозяйства при производстве контейнеров для хранения овощей, теплиц, сельскохозяйственного инвентаря и пр.

— сополимеры стирола с высокими показателями твердости находят применение в сферах, где требуется пластик для изготовления ударопрочных изделий.

Полистирол является высококачественным и одновременно доступным материалом, который обладает отличными показателями влагостойкости, химической стойкости, прекрасными термоизоляционными и прочими свойствами. Обусловлено массовое использование данного материала в различных сферах жизни человека невысокой стоимостью и экологической безопасностью. Пока что не имеет аналогов, которые были бы способны его полностью заменить. Похожие материалы либо стоят гораздо дороже, либо обладают худшими эксплуатационными характеристиками. Полистирол, скорее всего, еще длительное время будет востребован как в России, так и за рубежом.

Полистирол: свойства и разновидности материала

Полистирол — сложный полимер, кристаллическая решетка которого состоит из большого количества углеродно-водородных связей. В зависимости от способа производства, физические свойства и области применения вещества могут значительно отличаются.

Физические и химические свойства

Для полимера характерны следующие показатели:

• устойчивость к удлинению – 3%;
• прочность на изгибе – 103 МПа;
• предел прочности на растяжение – 55 МПа;
• теплопроводность – 0,16 Вт/мК;
• показатель преломления – 12,59;
• плотность – 1,05 г/см3.

Молекулярная масса вещества и способ производства влияют на физические свойства полимера. Прочность и температура, при которой вещество становится мягче, находятся в обратной зависимости от размера частиц полистирола.

Производители предлагают широкий выбор размеров готового листового полистирола: от 1200х1800 мм до 2050х3050 мм.

Пожароопасные свойства

Полистирол является материалом, поддающимся горению. Кислородный индекс вещества достигает 19%. От сгорания не убережет даже оболочка из железобетона, обрамляющая стройматериал. Производители и продавцы полистирола обязаны сообщать покупателям тот факт, что приобретаемый продукт не относится к пожаробезопасным. Противопожарные службы относятся с повышенным вниманием к применению полистирола в строительных конструкциях.

Минусом вещества также считается способность выделять опасный токсичный газ, который выделяется при горении. Однако полимер не загорается сам по себе. Это происходит только под воздействием прямого огня.

Крупные производители, выпускающие полистирол, ведут разработку негорючей версии вещества. Добавки, снижающие дымообразование, и компоненты, обеспечивающие защиту от возгорания, значительно улучшают противопожарные характеристики полимера.

Читайте также:
Как уменьшить вред полистирола

Область применения

Полистирол применяется в следующих сферах промышленности:

• Медицина. Легкий и прочный полимер пригоден для производства медоборудования. Расходники, одноразовые средства, устройства для переливания крови и лабораторные сосуды изготавливаются в больших количествах. Экологичность и безопасность позволяют производить из полистирола емкости, шприцы, трансфузионные системы и элементы для одноразового применения.
• Строительство. Проектирование и техническое обслуживание автомагистралей, а также сооружение других строительных объектов не обходится без использования полимеров. Материал применяют для отделки фасадов зданий, в том числе с целью создания звукоизоляционного слоя. Также из полистирола производят плитку для потолка, основы для клея и сэндвич-панели.
• Бытовая и электрическая техника. Принадлежность к диэлектрикам определила дальнейшее применение полистирола в изготовлении корпусной оболочки для бытовых приборов, пленочных конденсаторов, антенн и кабельной продукции.

• Бытовая сфера. Благодаря безопасному воздействию на человеческий организм, полистирол широко применим в повседневном быту. Он безвреден и не издает постороннего запаха, поэтому из пластика изготовляют канцелярские и детские товары, упаковочную продукцию, одноразовую посуду и элементы декора.
• Промышленная сфера. Без полистирола не обходится строительство отдельных элементов в области гражданской промышленности. К ним относятся сложные устройства, турбины, агрегаты, а также составные части при возведении зданий.
• Военно-промышленный комплекс. Горючесть полимера обусловила его использование в качестве зажигательной смеси при создании взрывных устройств. Строительство военных автомагистралей не обходится без прочного и легкого полистирола.
• Пищевая промышленность. На любой кухне сегодня присутствует пластик, из которого изготовлены корпуса бытовых электроприборов, элементы декора, жаропрочные прихватки, одноразовая посуда и упаковочный материал.

Видео описание

Листовой полистирол. Применение, виды. Плюсы и минусы.

Виды пенополистирола

В зависимости от внутреннего строения и технологии производства различают следующие виды материала:

• общего назначения (ПС);
• ударопрочный (УПМ);
• экструдированный (вспененный).

Общего назначения

Полимер, выпускаемый по ГОСТу 20282-86, имеет вид органического стекла. Процесс производства происходит суспензионным или блочным способом. Преимуществом полистирола общего назначения считается невосприимчивость к щелочным и кислотным веществам, а также принадлежность к диэлектрикам. Недостатком является недостаточная прочность. При помощи экструзии производятся два вида стройматериала:

• Рифленый плазгаль. Представляет из себя листы с поперечным сечением 1,7-3 мм. Рельеф на поверхности обеспечивает изменение направления движения солнечных лучей, что нашло своё применение при изготовлении предметов интерьера в области светотехники.
• Гладкий плазгаль. Выпускается в виде листов с относительно большой толщиной – 2-6 мм. Отличается устойчивостью к низким температурам воздуха, достигающим -40С, и способностью рассеивать свет. К недостаткам материала относится его хрупкость.

Ударопрочный

Полистирол данного вида получают в результате синтеза стирола и синтетического каучука. Количество добавленного бутадиенового каучука влияет на устойчивость материала к повреждениям. Для изготовления полимера со средними прочностными характеристиками используют 4,5% примеси в составе, а сверхударопрочный полистирол получают при добавлении 10-15% каучука. Продукт отличается низкой температурой плавления и легкостью в обработке. Ударопрочный полимер безопасен для человеческого организма. Характеристики электропроводности и прочности материала не отличаются от обычного полистирола. Однако примесь каучука в составе сильно снижает светопропускаемость вещества.

Читайте также:
Полистиролбетонные блоки: достоинства и недостатки

Экструдированный

Полистирол данного вида считается наиболее крепким благодаря пористой изолированной структуре. В процессе производства происходит вспениванию полистирола, с его дальнейшим формованием в виде листов. Теплоизоляционные свойства экструдированного полистирола позволяют применять материал для утепления зданий с наружной и внутренней стороны, устройстве теплозащитного слоя кровли и пола, а также при возведении фундаментов не только в виде теплоизолирующего слоя, но и в качестве несъемной опалубки.

Вспененный полистирол нечувствителен к грибкам, а повышенная влагостойкость является преимуществом материала. Среди пластмасс со схожими свойствами выделяют пенополистирол и пенопласт. Экструдированный полистирол выигрывает в устойчивости к изменениям в окружающей среде, пропускает до 90% солнечного света, а также отличается повышенной степенью уплотнения.

Если сравнивать вышеуказанные виды полистирола, то рассматривают следующие показатели:

• плотность УПМ составляет 1060 кг/м3, на втором месте ПС – 1050 кг/м3, на третьем вспененный полимер с 1040 кг/м3;
• напряжение при изгибе для экструдированного полистирола – 60-87 МПа, а для двух других видов находится в пределах 50-60 МПа;
• напряжение при сжатии одинаково для ПС и УПМ и составляет 80-100 МПа, вспененный материал имеет значение 46-80 МПа;
• напряжение при растяжении для экструдированного полимера – 36-60 МПа, для УПМ – 27-56 МПа и для ПС – 35-40 МПа;
• удлинение при разрыве составляет 1-3% для вспененного полистирола, 1-2% – для УПМ и 1-1,5% – для ПС;
• по теплостойкости на первом месте экструдированный материал с 85-90С, за ним идет УПМ с 65-80С и ПС с 60-70С;
• самой низкой ударной вязкостью обладает ПС – 12-20 кДж/м2, на втором месте УПМ – 40-50 кДж/м2 и на третьем вспененный полимер – 80-100 кДж/м2.

Способы производства

От выбора метода изготовления зависят химические и физические характеристики пластмассы.

Эмульсионный

Суть метода заключается в очищении стирола на начальном этапе от веществ, которые могут тормозить протекание реакции. Далее добавляют двуокись водорода и пероксидисульфат калия с целью создания полимера. Мыло и алкилсульфонаты в составе смеси обеспечивают образование эмульсии. Повышение температуры до 85-95С стимулирует химический процесс, во время которого образуется полимер. О завершении реакции говорит снижение объема винилбензола до уровня 0,5%.

Далее микроскопические частицы жидкости под действием добавленного хлорида натрия слипаются в более крупные частицы и просушиваются. В итоге полистирол имеет порошкообразный вид с частицами, диаметр которых не превышает 0,1 мм. Примесь щелочи в составе полимера обеспечивает желтоватый оттенок гранул. Добиться прозрачности материала эмульсионным методом невозможно. Данный метод считается устаревшим, поэтому практически не встречается при изготовлении полистирола.

Читайте также:
Все о материале пенополистирол: виды, свойства и характеристики

Суспензионный

Производство полимера этим способом подразумевает использование этенилбензола, прошедшего предварительную подготовку и растворение в жидкости. Также в состав смеси добавляют поливиниловый спирт, гидроокись магния, полиметакрилат натрия и другие вещества, способствующие образованию полимера. Далее составляющие тщательно перемешиваются. Реакция полимеризации происходит при повышенном давлении и постепенном увеличении температуры до 130С. Далее смесь подвергается воздействию центробежной силы в специальном устройстве. Завершающие этапы производства: полоскание и просушивание. Суспензионный метод также относится к устаревшим. Его применение оправдывает вторичная обработка полимера, в результате которой получают пенополистирол.

Видео описание

Утепление пола экструзионным пенополистиролом.

Блочный

Суть метода заключается в смешении винилбензола с бензоловой средой до состояния равномерного распределения частиц относительно друг друга. Перемешивание на начальном этапе происходит при температуре 90С, второй этап подразумевает повышение температуры до 220С. Блочное формирование завершают при остаточном значении стирола, который не превратился в полистирол, в 15%. Дальнейшее вакуумирование избавляет смесь от неполимеризованного винилбензола.

На сегодняшний день блочный метод считается наиболее востребованным при производстве полистирола ввиду получения качественного материала. Полимер имеет высокую чистоту и прочность. Достоинствами данного метода считаются максимальная безотходность и рентабельность производственного процесса.

Преимущества материала

Химические и физические характеристики полистирола обеспечили конкурентоспособность материала среди схожих полимеров. К преимуществам термопласта относятся:

• Химическая устойчивость к воздействию разбавленными кислотами и веществами, содержащими спирт.
• Легкость отделочных работ. Полистирол без труда поддается обработке, распилу, фрезеровочным процессам, сверлению отверстий.
• Простота изменения модификаций. Благодаря небольшому весу и поперечному сечению, можно склеивать листы материала с использованием ультразвука, термосварки и полимерных составов.
• Влагоустойчивость и невосприимчивость к грибкам.
• Экологичность использования.
• Стойкость к воздействию окружающей среды. Материал сохраняет изначальный внешний вид на протяжении долгого времени.
• Разнообразие цветовых решений с предложенными примерами упрощает выбор нужного материала.

К недостаткам полистирола можно отнести его уязвимость к растворителям органического происхождения и техническим маслам, под воздействием которых он быстро разрушается.

Низкая стоимость и большой ассортимент продукции позволяет сэкономить средства на покупке стройматериалов, а также получить в итоге качественный и эстетичный результат.

Видео описание

Как правильно приклеить пенопласт

Отличие полистирола от пенопласта

Экструдированный полистирол и пенопласт являются родственными материалами. В процессе производства пар увеличивает гранулы материала, которые разбухают и соединяются. Нагревание и продавливание полимера через экструдер образуют пенополистирол, который практически не отличается от пенопласта по своим химическим свойствам. Основное различие — плотность итогового материала.

Заключение

Низкая стоимость, высокая экологичность, хорошая звуко- и теплоизоляция, которыми обладают полистирольные листы обеспечивают востребованность материала в современном строительстве. Качественный и долговечный полимер обошел конкурентов во всех сферах применения, поскольку аналогичные отделочные материалы проигрывают в ценовой политике или по эксплуатационным характеристикам.

Все о полистироле

Различные виды пластмассы радикально изменили наше представление о повседневной жизни – сегодня наш быт уже невозможно представить без тех или иных пластиковых вещей. Однако пластик существует разных видов, и каждая его разновидность отличается собственными специфическими характеристиками, определяющими применение конкретного вещества в тех или иных сферах. Поскольку полистирол является одним из наиболее ходовых на сегодняшний день вариантов пластика, стоит рассмотреть его особенности более пристально.

Что это за материал?

Полистирол представляет собой полимеризованный стирол, то есть является продуктом химической промышленности. Добиться его изготовления можно при помощи различных методов, каждый из которых имеет собственные достоинства и недостатки, а самые популярные мы более подробно рассмотрим в этой статье ниже. При этом в состав полистирола входят только молекулы таких распространенных веществ, как углерод и водород, но делается он из жидкого стирена, а тот, в свою очередь, получают из нефти и каменного угля.

Выглядит полимеризованный стирол как твердое и упругое, бесцветное и даже прозрачное вещество, способное изгибаться, не ломаясь, и обладающее высокой гигроскопичностью.

Впервые полистирол был получен еще на ранних этапах промышленной революции – известно, что в 1839 году его удалось синтезировать в Германии. Другое дело, что его производство в промышленных масштабах началось значительно позже – лишь с 1920 года, да и то в первые десятилетия он применялся не так уж активно. Лишь в годы Второй мировой войны в Штатах им заинтересовались по-настоящему, производя на основе полистирола искусственный каучук, а в СССР промышленное производство этого материала и вовсе было отложено до послевоенных лет.

Нельзя сказать, что современный полистирол полностью соответствует образцам столетней давности – в течение всего этого времени ученые искали способы улучшить свойства материала. Благодаря этому пластик после Второй мировой войны стал куда более прочным, в том числе стал значительно лучше выдерживать удары – это стало возможным благодаря созданию сополимеров стирола, получаемых благодаря еще более сложным химическим процессам.

Свойства

Точные физические характеристики современного полистирола сильно зависят от того, каким способом он был произведен, но в целом, когда говорят о простом полистироле без каких-либо уточнений, имеется в виду материал с вполне конкретными параметрами. Плотность у него не самая высокая (1060 кг/м3), а вот конкретной температуры плавления у материала нет – уже при 60 градусах выше нуля он начинает терять форму, при 105 может самовоспламениться, при нагревании до 200 градусов начинается разрушение его химической структуры.

Молекулярная масса вещества также отнюдь не является конкретной и сильно зависит от методики получения полистирола – она обычно составляет от 50 тысяч до 300 тысяч, хотя эмульсионные варианты иногда демонстрируют и значительно более высокие показатели. Растворимость полистирола значительна в ряде веществ, среди которых его же собственный мономер, а также ацетон, ароматические углеводороды и сложные эфиры.

Ряду растворителей, среди которых простые эфиры, низшие спирты, фенолы и алифатические углеводороды, он не поддается.

Полистирол обладает ярко выраженными диэлектрическими свойствами, которые не меняются вне зависимости от окружающей среды. Этот материал также практически равнодушен к разрушающему воздействию кислот и щелочей, солей, спиртов. Выше мы уже перечислили вещества, которые все-таки могут его растворить, а еще он окисляется, галогенируется, нитруется и сульфируется.

В оригинальном виде, без дополнительного подкрашивания, полистирол (по крайней мере, блочная его разновидность) является не только бесцветным, но и прозрачным. Структура практически не задерживает видимый свет, пропуская 90% его количества, и это позволяет использовать такой материал в изготовлении оптических стекол. При этом ультрафиолет и инфракрасное излучение проходят через полистирольные поверхности не так уверенно.

Если рассматривать свойства полистирола как преимущества, которые делают его таким популярным в различных сферах, в первую очередь стоит выделить следующие немаловажные моменты.

• Сочетание невысокой стоимости и простоты обработки. При своей цене полистирол можно считать одним из главных двигателей современной цивилизации, учитывая, какие у него свойства. Недаром сегодня так много продукции производится при непосредственном участии этого материала – у него просто толком нет альтернативы.
• Неплохая химическая стойкость. Большинство веществ, которые могут в быту попасть на полистирольную поверхность, для нее не представляют какой-либо опасности – это отличная новость для производителей, желающих выпускать продукцию, отличающуюся долговечностью. При этом в условиях химической лаборатории, имея под рукой внушительный набор реактивов, растворить полистирол не представляет труда.
• Токсичность в пределах относительно безопасной. Полистирол выделяет сравнительно мало каких-либо вредных испарений и с экологической точки зрения, с определенными оговорками, считается безвредным. По крайней мере, специалисты не выдвигают никаких ограничений относительно использования полистирольных материалов внутри жилых помещений, и даже посуду из полистирола делать можно.
• Широкий спектр применения. Благодаря своим качествам, простоте обработки и окрашивания полистирол может быть использован в качестве сырья для производства чего-либо.

При всех преимуществах полистирола есть у него и недостатки, и хотя их не так много, иногда они играют весьма существенную роль.

В первую очередь, любой перегрев для такого пластика опасен, и даже в бытовых условиях еще надо задуматься, где можно использовать полистирол, а где не стоит. Кроме того, для большинства разновидностей материала, кроме ударостойкого, удары представляют существенную опасность, да и в целом общая хрупкость является проблемой.

Сравнение c полипропиленом

Одним из главных конкурентов полистирола является еще один популярный полимер – полипропилен. В некоторых сферах, вроде производства упаковочных материалов, они являются прямыми конкурентами, но разница между двумя материалами довольно существенна. Начать стоит хотя бы с того, что полистирол сложно перерабатывать, и хотя часто можно услышать, что он безопасен, экологи все-таки любят к нему придираться.

Полипропилен также не безгрешен, но к нему вопросов все-таки немного меньше, и переработать его проще. Если же говорить сугубо о физических качествах двух материалов, то полипропилен еще и отличается повышенной гибкостью – там, где полистирол уже ломается или трескается, податливый полипропилен просто гнется. Что касается цены, то полистирол, возможно, давно проиграл бы конкуренцию своему сопернику, но вот более низкая стоимость – тот фактор, который пока держит его на плаву.

Визуально отличить одно от другого не так уж сложно, однако надо знать, на что смотреть. Полистирол кажется более красивым, он глянцевый и блестящий, без дополнительного окрашивания выглядит прозрачным, хотя может иметь характерный холодный оттенок синего. Полипропилен кажется чуть более грязным ввиду своей мутности, светорассеивающий эффект у него намного выше. Различить два материала можно и методом постукивания: полистирол звонкий и при ударах издает характерные щелчки, тогда как полипропилен звучит глухо.

Вреден ли для человека?

Полистирол является одним из наиболее контроверсионных материалов в плане оценки вреда и опасности для здоровья. С одной стороны, он интенсивно используется в человеческих жилищах и даже для производства посуды, что уже наводит на мысль, что это не запрещено. С другой стороны, многочисленные заявления, ставящие экологичность пластика под сомнение, относятся в первую очередь именно к полистиролу. Справедливо будет сказать, что он, не являясь наиболее опасным из существующих материалов, все-таки далеко не может считаться и безопасным – использовать его можно было бы не так активно.

Надо понимать, что стирол, являющийся сырьем для производства полистирола, считается очень токсичным.

Полистирол может выделять не так уж много отравляющих веществ, которые не так уж сильно скажутся на здоровье человека, но это лишь до тех пор, пока вы не контактируете с ним постоянно, и пока он не нагревается. Чем выше температура, тем опаснее соседство с полистирольными изделиями, особенно если начался пожар, и материал горит. Сильнее всего химические испарения нарушают работу печени, но проблемы могут быть даже с сердцем и легкими, а некоторые специалисты считают, что банальное вдыхание паров стирола чревато развитием гепатита.

Надо также понимать, что полистирол полистиролу рознь: для улучшения свойств пластмассы производитель может добавлять в состав материала различные пластификаторы, красители, другие добавки, влияющие на прочность и эластичность.

В некоторых случаях эти добавки могут оказаться даже более опасными, чем сам стирол, а производитель может и не указать данные о дополнительной опасности, чтобы не терять покупателей.

Когда выше мы назвали полистирол сравнительно безопасным, то имелось в виду, что есть и другие, еще более вредные продукты человеческой деятельности, от которых мы все никак не откажемся – например, автомобильные выхлопы. Кроме того, теоретически полистирол можно использовать и почти полностью безопасно – при условии, что знаешь и четко соблюдаешь инструкции, в частности, не способствуя нагреванию материала, а защищая его от этого. Но даже в этом случае не стоит воспринимать полистирол как полностью безопасное вещество, поскольку даже в мире пластика, который в последние годы получает все больше критики, полистирол не является самым безопасным.

Обзор видов

На данный момент для производства полистирола используют несколько способов получения желанного материала, причем по своим свойствам готовый результат не всегда будет одинаковым. Чтобы разобраться, как это работает, рассмотрим каждый из трех популярных способов.

У каждого из таких материалов есть маркировка с характерным обозначением способа получения полистирола.

Эмульсионный

На сегодняшний день этот метод уже во многом устарел и на производстве практически не используется. Принцип действия следующий: сначала стирол очищается от ингибиторов, после чего его соединяют в воде с эмульгаторами (соли жирных и сульфокислот, мыло), а также инициаторами полимеризации – персульфатом калия и двуокисью водорода. При нагреве до 85-95 градусов происходит химическая реакция – постепенный процесс полимеризации, который считается законченным, если количество стирола падает ниже 0,5%.

Получившаяся эмульсия далее коагулируется при помощи раствора обыкновенной поваренной соли и подлежит сушке, в результате которой образуется мелкий гранулированный порошок, каждая гранула которого имеет размер не более 0,1 мм. Хотя полистирол обычно описывается как белый и прозрачный, получить такие характеристики этим методом не удастся – у шариков остается желтоватый оттенок, свидетельствующий о наличии примесей щелочи, устранить которые полностью невозможно.

Хотя метод сегодня непопулярен, именно он обеспечивает получение вещества с максимально возможной молекулярной массой.

Суспензионный

Еще один способ, который уже принято считать устаревшим, хотя он все еще считается пригодным для вторичной переработки полистирола в сополимеры вроде пенополистирола. Для производства нужен подготовленный стирол, а точнее, его суспензия в воде, гидроокиси магния, поливиниловом спирте, полиметакрилате натрия и инициаторах полимеризации. Все это отправляется в реактор, где вещество активно перемешивается с постепенным нагревом вплоть до 130 градусов и повышенным давлением. После этого получившуюся суспензию еще надо подвергнуть обработке на центрифуге, и только после промывки и сушки собранного материала получают полистирол.

Блочный

Данный метод на сегодняшний день считается наиболее востребованным и актуальным, и большую часть полистирола сегодня производят именно этим способом. Обоснование весьма простое: на выходе получается чистый, идеальный по светотехническим параметрам материал, отличающийся стабильностью параметров. При этом использование рассматриваемой технологии и эффективно, и гарантирует практически полное отсутствие отходов производства.

Блочное получение полистирола основано на перемешивании стирола в бензоловой среде в два этапа – сначала при температуре около 90 градусов, а потом с постепенным нагревом от 100 до 220. Производство блоков прекращают на этапе, когда примерно 85% массы стирола превратилось в полистирол. Удаление стирола, не успевшего полимеризоваться, производят при помощи вакуума.

Применение

Полистирол применяется в огромном количестве областей человеческой деятельности и даже используется для изготовления поделок своими руками. В домашних условиях из него делают мелкие сувениры, используя лазерную резку, фрезеровку, окрашивание в любые цвета – от красного до золотого и черного, а в некоторых случаях – и печать по полистирольной поверхности. Широчайшее применение полистирол нашел в строительстве, где из него делают стеновые панели и потолочные плитки, различные перегородки и багеты. В листовом виде этот материал может быть использован также и для отделки фасадов. В конце концов, на основе этого материала производят популярный в последнее время полистиролбетон.

Мебельная отрасль также все активнее использует этот материал, хотя в данный момент он не является конкурентом для древесины и ее производных. Однако там, где влажность высокая, он используется постоянно – например, целиком из него уже сегодня может быть изготовлен душевой поддон. Кроме того, полистирольные гранулы используются как наполнитель в подушках, и для этих целей уже в готовом виде продаются в мешках.

Рядовому обывателю пищевая разновидность полистирола хорошо известна как едва ли не основной материал для изготовления одноразовой посуды. Большинство пластиковых стаканов, столь популярных для разлива прохладительных напитков, на сегодняшний день делаются именно из него. Кроме того, пищевой полистирол интенсивно используется в качестве упаковочного материала благодаря своей дешевизне и сравнительной прочности. Учитывая диэлектрические свойства материала, стоит отметить, что он также нашел широкое применения в электротехнике.

При этом на самом деле вариантов использования изделий из полистирола так много, что перечислить их все просто не представляется возможным.

Как с ним работать?

В быту чаще всего приходится работать с листовым полистиролом, обрабатывать который можно как механически, так и термически. Формовать методом гибки, клеить, резать и сверлить можно как обыкновенную разновидность материала, так и ударопрочную. Для фрагментации листа толщиной менее 2 мм используется обыкновенный лобзик, тогда как более толстые листы получится взять болгаркой либо ручным инструментом. В условиях промышленной мастерской возможна резка лазером. Линия реза получается немного рваной, потому требует последующей обработки – ее проходят сначала напильником, а потом наждаком.

При необходимости проделать в листе отверстие используют дрель, для которой нужно сверло, созданное специально для сверления листового пластика. Если толщина листа невелика, при сверлении он может деформироваться вопреки желанию мастера – избежать такого развития событий можно, подложив под лист деревянный брусок. Формовка листа происходит либо по вакуумной методике, либо нагнетанием воздуха под большим давлением. Обработка любым из обозначенных способов предполагает значительный (до 160-200 градусов) нагрев материала.

Соединение отдельных деталей из полистирола допускается как методом сварки, так и склеиванием. В обоих случаях перед соединением фрагментов поверхности сначала надо старательно обезжирить. Варить надо либо газовым, либо ультразвуковым способом, клеить – полимерными составами на основе цианакрилата или неопрена.

Если говорить о матовом полистироле, то он может подвергаться еще такому виду обработки, как шлифование и полировка. Для этого используется шлифмашина, но ни в коем случае не с абразивным кругом – вместо него берут мягкий круг, на который наносится специальная паста для полировки. Если деталь небольшая, отполировать или зашлифовать ее можно и вручную.

Помимо прочего, на полистирольную поверхность можно наносить любые специальные покрытия – от металлического слоя до зеркальной пленки. По ней можно и печатать черным или цветным, любым из известных способов. При этом для защиты получившегося текста или изображения необходимо вскрыть поверхность лаком, ведь полимер не впитывает влагу.

Переработка

В чистом виде полистирол вроде бы и не приносит окружающей среде особого вреда, но в то же время его отходы, как и положено пластику, сохраняются на протяжении огромного периода времени, загрязняя планету. Кроме того, пребывая в природной среде, полимер и его сополимеры могут подвергаться чрезмерному нагреванию, в том числе и горению в пожаре, и вот тогда последствия могут быть куда более страшными. Точно так же нежелателен неконтролируемый контакт полистирольных предметов с веществами, способными растворить материал, иначе не избежать выделения токсичных паров стирола, бензола, толуола, оксида углерода и этилбензола.

Относительным преимуществом материала является то, что его в большинстве случаев можно перерабатывать, утилизируя как непосредственно отходы, так и просто изношенные изделия из него. В качестве методик переработки прибегают к экструзии, прессованию и литью. На выходе получаются изделия, не уступающие по качеству новым, при этом мусор не образуется. Кроме того, в последние годы на основе полистирола делают еще и новый строительный материал – полистиролбетон, который уместен для малоэтажного строительства. К сожалению, огромные объемы отходов полистирола, особенно в бедных странах, просто сжигаются. Такое поведение с пластиковыми отходами крайне отрицательно сказывается на окружающей среде.

В следующем видео рассказано о листовом полистироле и особенностях его применения.