Пластмассы газонаполненные

Газонаполненные пластмассы — сверхлегкие пластические материалы, получаемые на основе различных синтетических полимеров. Напоминают структуру застывшей пены. Наполнитель таких материалов — газ.

Газонаполненные пластмассы - пенопласты, пенополистирол, полистиролбетон, пенополиуретан

Общие сведения и классификация пластмассы

Газонаполненными (ячеистыми) пластмассами или пенопластами принято называть органические высокопористые материалы, получаемые из синтетических смол.

В зависимости от прочности и модуля упругости газонаполненные пластмассы подразделяются на жесткие, полужесткие и эластичные.

По виду полимера пенопласты подразделяют на термопластичные и термореактивные. В основе первых лежат полимеры с линейной структурой (полистирол, поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен и др.). В основе вторых - полимеры с пространственной структурой (фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные, ненасыщенные полиэфиры, эпоксидные, полиуретановые и др.).

Специфические особенности газонаполненных пластмасс определяют техническую направленность и экономическую эффективность их применения в качестве строительной теплоизоляции. Благодаря низкой средней плотности, высоким тепло- и звукоизоляционным свойствам, повышенной удельной прочности, а также ряду ценных технологических и эксплуатационных свойств пенопласты не имеют аналогов среди традиционных строительных материалов.

Однако большинству газонаполненных пластмасс свойственны определенные недостатки, существенно ограничивающие возможность их применения: пониженные огнестойкость, теплостойкость и температуростойкость. Кроме того, процессы деструкции ("старения") этих материалов, и их биостойкость в процессе длительной эксплуатации до конца не изучены.

Одним из важнейших критериев качества пенопластов является соотношение числа открытых и закрытых пор в их структуре. Физико-механические свойства улучшаются с увеличением содержания закрытых ячеек.

Преимущественно замкнутую ячеистую структуру имеют полистирольные и поливинилхлоридовые пенопласты, а также жесткие пенополиуретаны. Это предопределяет распространённость перечисленных пенопластов в качестве теплоизоляционных материалов в строительных конструкциях.

***

Пенополистирол

Пенополистирол уже более 40 лет неизменно занимает прочное место в мире как теплоизоляционный материал для современного строительства. В Европе, Америке и Азии пенополистирол называют стиропором, по названию исходного материала, применяющегося для его производства.

Пенополистирол получают из стиропора путём вспучивания при нагревании под действием газообразователя. В результате образуются гранулы размером 5-15 мм. Иногда их используют в теплоизоляционных засыпках или в качестве лёгкого заполнителя в производстве теплоизоляционных штучных материалов с применением различных связующих. Большей же частью гранулы пенополистирола перерабатываются в изделия (плиты, блоки, скорлупы и др.) без применения каких-либо вяжущих.

По технологии производства изделия из пенополистирола делят на два класса, существенно отличающиеся своими свойствами. Изделия первого класса формируют путём спекания гранул друг с другом при повышенных температурах. В качестве строительной теплоизоляции наиболее распространены плитыпенополистирольные(ППС) по ГОСТ 15588-86.

Изделия второго класса получают путем смешивания гранул полистирола при повышенных температурах с последующим введением вспенивающего агента и выдавливанием из экструдера. Эти изделия также широко применяются в строительстве и хорошо известны под названием экструдированный пенополистирол (ЭПС).

Плиты пенополистирольные (ППС)

Следует отметить, что на характеристики пенополистирола чрезвычайно сильно влияет технология его производства . Изделия с низким водопоглощением, высокими теплоизоляционными свойствами и с высокой плотностью поверхностного слоя можно получить только на самом современном технологическом оборудовании.

Качественные пенополистирольные плиты характеризуется низкой теплопроводностью (0,027-0,040 Вт/м К) и плотностью (15 - 40 кг/м3). При этом прочность пенополистирола позволяет применять его в качестве конструктивного элемента, способного нести значительные нагрузки в течение длительного времени. Так прочность на сжатие при 10% линейной деформации составляет для различных марок 65-250 КПа. Пенополистирол отличается чрезвычайно малой гигроскопичностью (0,05...0,2%). Водопоглощение (не более 1,5% по объёму при погружении в воду на 7 дней) настолько мало, что позволяет пренебречь влиянием на теплопроводность. Диффузия водяного пара в пенополистироле практически отсутствует.

До недавнего времени широкое применение пенополистирола в строительстве ограничивалось его горючестью. Но на сегодняшний день в строительстве применяются трудновоспламеняемые и самозатухающие марки пенополистирола, которые в России имеют обозначение ППСБ-С. Такие пенополистиролы содержат специальные добавки антипирены, подавляющие самостоятельное горение, которое, в этом случае, наблюдается только в прямом контакте с открытым пламенем. При прекращении контакта с открытым пламенем, прекращается и горение пенополистирола. Капли, образующиеся от расплава, не могут служить источником дальнейшего распространения огня.

По поводу температурной стойкости пенополистирола необходимо сказать следующее: при температуре более 100°С материал начинает медленно размягчаться и усаживаться. Но в строительных конструкциях такие температуры практически не встречаются. В то же время производство вспенивающего полистирола не стоит на месте - уже появляются марки, предназначенные для рабочих температур в 110°С.

Пенополистирол не может долго противостоять воздействию ультрафиолетовых лучей. В результате длительного (около двух месяцев) солнечного облучения поверхность плит коричневеет и постепенно превращается в пыль. Перед отделкой пенополистирол должен быть тщательно очищен от этой пыли.

***

Экструдированный пенополистирол (ЭПС)

Процесс экструдирования позволяет получить плиты с равномерной структурой, состоящей из мелких, практически полностью закрытых ячеек (пор). Благодаря своей структуре экструдированный пенополистирол обладает целым рядом замечательных свойств, отличающих его от большинства других изоляционных материалов.

Теплопроводность материала чрезвычайно низка (менее 0,03 Вт/м·К). Водопоглощение составляет менее 0,2 % в объёме. Низкое водопоглощение обеспечивает пренебрежимо малое изменение теплопроводности во влажных условиях, которое составляет не более 0,001-0,002 Вт/(м К). Это позволяет с успехом применять экструдированный пенополистирол без дополнительной гидроизоляции. Коэффициентпаропроницаемости также пренебрежимо мал (в зависимости от плотности материала - менее 0,02 мг/(м.ч.Па)).

Прочностные характеристики, напротив, очень высоки и зависят от толщины и плотности плит. Прочностьна сжатие при 10% линейной деформации (по ГОСТ 17177-94), например, в зависимости от плотности лежит в пределах 0,25...0,5 МПа.

Экструдированный пенополистирол химически стоек по отношению к большинству используемых в строительстве материалов (за исключением органических растворителей, безводных кислот и бензина). При выборе клеевых составов следует руководствоваться указаниями изготовителя относительно их пригодности для склеивания пенополистирола. Может приклеиваться горячим битумом.

Экструдированный пенополистирол морозостоек и хорошо сохраняет свои теплоизоляционные свойства. Изменение термического сопротивления после 1000 циклов замораживания-оттаивания не превышает 5%.

Благодаря добавлению антипиренов современные экструдированные пенополистиролы соответствуют пожарно-техническим характеристикам Г1 (по ГОСТ 30244-94 слабогорючий) и РП1 (по ГОСТ 51032 - 97 не распространения пламени по поверхности). Высокие теплотехнические и прочностные характеристики экструдированного пенополистирола позволяют использовать его.

Полистиролбетон

Пенополистиролбетон (по ГОСТ Р 51263-99) - это композиционный материал. Он представляет собой разновидность лёгкого бетона, наполнителем которого являются вспененные гранулы полистирола, а связующим средством - портланд-цемент.

По своему функциональному назначению пенополистиролбетон близок к ячеистым бетонам. Однако, его отличает чрезвычайно низкое водопоглощение (менее 4% в объёме), что обусловливает стабильность теплоизоляционных свойств. Коэффициент теплопроводности зависит от плотности материала и для теплоизоляционных панелей (плотностью 150 кг/м3) составляет 0,055 Вт/м·К. До недавнего времени широкое применение пенополистробетона ограничивалось отнесением его к группе горючести Г1 (слабогорючий материал). Однако появление негорючих (НГ) разновидностей пенополистиролбетона (например, симпролит-пенополистиролбетона) сняло многие ограничения.

В зависимости от назначения изделия из пенополистиролбетона могут иметь плотность в интервале 150...600 кг/м3. Плотность определяет все другие физико-механические свойства. Так, например, прочность на сжатие лежит, соответственно, в интервале 0,35...2,1 МПа, а паропроницаемость - в интервале 0,135...0,068 мг/(м·ч·Па). Изделия из пенополистиролбетона применяют в качестве теплоизоляционного материала в стенах, перегородках и покрытиях зданий различного назначения. Их используют также для возведения самонесущих стен и перегородок, заполнения каркасов при каркасно-монолитном домостроении.

***

Пенополиуретан (ППУ)

Пенополиуретан представляет собой теплоизоляционный пенопласт, получаемый из полиэфирной смолы и специальных добавок. Пенополиуретан бывает жёсткий и мягкий (поролон). Жёсткий выпускают в виде плит и блоков, а мягкий - в виде полотнищ и лент. Средняя плотность и теплопроводность поролона - соответственно 30-70 кг/м3 и 0,03-0,04 Вт/м·К. Жёсткие плиты имеют среднюю плотность - 60-200 кг/м3 и теплопроводность - 0,035-0,06 Вт/м·К.

Низкая теплопроводность пенополиуретана обусловлен тем, что он представляет собой однородную ячеистую пластмассу, в ячейках которой находится воздух. Пенополиуретан не впитывает влагу, не гниёт и не плесневеет. Пенополиуретан обладает незначительным водопоглощением и гигроскопичностью, его можно использовать при достаточно высоких температурах.

Пенополиуретан применяется в конструкциях стеновых и кровельных панелей типа "сэндвич" Различные пенополиуретановые композиции также используют в изоляционных работах непосредственно на месте производства работ. Теплоизоляционные пенополиуретановые композиции могут наноситься методом набрызга, что позволяет получить сплошную бесшовную изоляцию.

Пенополиуретановые композиции могут заливаться также в зазоры между конструктивными элементами или, в пространство между изолируемой поверхностью и лёгкой металлической передвижной опалубкой. Чтобы твердеющий пенополиуретан не сцеплялся с опалубкой, её внутреннюю поверхность покрывают синтетической плёнкой. Всё большее применение в современном строительстве находят теплоизолирующие герметики. Среди них достойное место занимают так называемые монтажные пены.

Однокомпонентные монтажные пены (такие как МАКРОФЛЕКС, BOSTIK и другие) являются ячеистой полиуретановой пластмассой. Предварительно затаренные в баллоны композиции дают на выходе из ёмкости синтетическую пену, отличающуюся хорошей адгезией к дереву, металлу, кирпичу, бетону и т.д. Монтажные пены хорошо заполняют стыки в строительных конструкциях. Поверхности не требуют предварительной обработки, затвердение композиций происходит под воздействием химической реакции с окружающим воздухом или с содержащими влагу обрабатываемыми поверхностями.

Получение газонаполненных пластмасс

Более сложно получение газонаполненных пластмасс из термореактивных полимеров или продуктов частичной поликонденсации. Для получения высококачественных пористых материалов в этом случае необходимо проводить процесс вспенивания на той стадии, когда в полимере образовалось еще сравнительно мало поперечных межмолекулярных связей, т. е. когда полимер не потерял еще способности к размягчению и течению при соответствующих температурах и давлениях. Отверждение, т. е. процесс образования трехмерной структуры, должно проходить уже во вспененном полимере.

По способу получения газонаполненные пластмассы подразделяют на две большие группы: прессовые, изготовляемые в условиях обжатия (давления) извне, и беспрессовые, получаемые без воздействия внешнего давления. В свою очередь, беспрессовые пенопласты по технологическим признакам можно подразделить на следующие группы: а) заливочные пенопласты, получаемые вспениваем жидких исходных композиций газами, выделяющимися из массы; б) пенопласты, получаемые вспениванием водных растворов, эмульсий или суспензий полимеров путем механического диспергирования газов и последующего отверждения композиции; в) пенопласты, получаемые путем омоноличивания (спекания) предварительно вспененного гранулированного полимера (например, пенополистирола); г) пенопласты, образующиеся при вспенивании твердых смоляных композиций с помощью газообразователей (например, пенопласты на основе твердых новолачных фе-нолоформальдегидных смол). Газонаполненные пластмассы, получаемые в условиях обжатия (давления), также подразделяют на несколько групп: а) пенопласты, получаемые путем прессования смеси полимера с газообразователей при повышенной температуре с последующим вспениванием размягченной композиции в пресс-форме или вне пресса (прессовый способ); б) пенопласты, получаемые выдавливанием через нагретое сопло или щель размягченного полимера, насыщенного под давлением газами, газообразными продуктами разложения порофоров или парами низкокипящих жидкостей (экструзионный способ); в) пенопласты, получаемые впрыскиванием под давлением в холодную форму размягченной полимерной композиции, насыщенной газами или низкокипящими растворителями (литье под давлением); г) пенопласты, получаемые путем насыщения полимерной размягченной композиции газами или низкокипящими растворителями под давлением с последующим вспениванием массы при снижении давления среды (автоклавный способ). Эти методы применяют для получения изделий из газонаполненных пластмасс при использовании термопластичных полимеров, изменяющих многократно свои реологические свойства в зависимости от температуры нагрева.

***

..

Некоторые тексты близкой тематики