Пенопласты — интересные материалы-утеплители

Всем привет!

В прошлой статье я рассказывала про очень простой опыт с пенопластом и ацетоном, а сегодня хочу немного рассказать про один из компонентов этого опыта – про пенопласт. Я расскажу, что такое пенопласт, какими свойствами обладает, когда появился и где используется, например, утепление стен пенопластом.

Что это

Пенопласт – это не одно вещество, а собирательное название целой группы веществ, так называемых газонаполненных пластмасс. Что это такое? Это пластические материалы, которые состоят из двух фаз – полимера (матрица из полимерной пленки) и газообразного наполнителя. В качестве наполнителя чаще всего используют воздух либо углекислый газ.

По физической структуре пенопласты аналогичны древесине, искусственной и натуральной коже, туфам, пористым керамическим материалам.
Что интересно, на сам полимер приходится всего лишь 2-5% общего объема пенопласта, а остальные 95-98% — это газ, находящийся в порах-ячейках. Именно за счет этого пенопласты такие легкие и почти не проводят тепло.

Ячейки могут быть разной формы – сферические или эллипсоидные. Также они не обязательно связаны друг с другом, а могут быть и изолированы друг от друга очень тонкой пленкой полимера. Внешне это похоже на застывшую пену, отсюда и произошло название.

Между собой они различаются по плотности, жесткости, диапазону рабочих температур и другими механическими и теплофизическими свойствами.

В настоящее время чаще всего для производства пенопластов используют полимеры:

• полистирол;
• полиэтилен;
• полиуретан.

Соответственно, отсюда и названия получаемых пенопластов: пенополистирол, пенополиэтилен, пенополиуретан.

Немного истории

Эти интересные материалы – детище 20-го века, когда химическая промышленность развивалась бурными темпами, создавая новые материалы – от утеплителей до новых пластических масс. Массовое производство пенопластов началось в пятидесятых годах прошлого века. Оно стремительно развивалось в СССР, США, ФРГ, Японии, Англии.

Изначально, на заре своего появления их получали двумя основными методами – прессованием и беспрессовым методом. Но затем технологии сдвинулись в сторону беспрессового метода как наиболее удобного. В этом направлении активные исследования проводила американская компания « Dow Chemical Company», которая предложила метод, когда жидкий полимер вспенивают под давлением.

Но химическое производство искало новые, более легкие пути получения полимеров и вскоре немецкая фирма «Badische Anilin und Soda Fabrik A.G.» разработала другой метод. Он заключался в том, что сначала из полимерной массы, например, полистирола, изготавливают полуфабрикат в виде шариков (бисера) или чешуек, которые содержат вспенивающий агент (чаще всего это легко кипящая жидкость).

Затем их подвергают нагреванию, при этом происходит размягчение полимера, вспенивание жидкости и последующее склеивание (сплавление) частиц между собой. В результате образуется однородная масса с ячеистой структурой.

Именно отсюда и произошло название, которое сейчас часто можно услышать, — «вспенивающийся поистирол».

В СССР одним из основных производителей был Мытищинский комбинат стройпластмасс. Параллельно с этим шло дальнейшее изучение свойств этих интересных материалов, совершенствование и разработка новых технологий.

Например, в 1961 г. Ленинградский НИИ полимеризационных пластмасс разработал технологию самозатухающего полистирольного пенопласта марки ПСБ-С. Исследования велись в Московском инженерно-строительном институте им. Куйбышева, на Владимирском химическом заводе, а также по всей стране на многочисленных кафедрах строительных, политехнических и технологических институтов.

Свойства

Думаю, вам не составит труда вспомнить, как выглядит кусок пенопласта. Представьте, что вы держите его в руках (или возьмите на самом деле, есть под рукой), он легкий, будто бы теплый на ощупь, что еще? У этого материала много достоинств, но есть и существенные недостатки. Давайте посмотрим, какие они.

Достоинства материала:

• прекрасно удерживает тепло;
• гасит вибрацию и шумы;
• очень легкий,
• прост в обработке – его можно резать, сверлить, пилить, используя обычные инструменты для работы по дереву,
• при соблюдении условий эксплуатации нетоксичен, не выделяет в окружающую среду вредные вещества;
• почти не впитывает влагу;
• в нем не заводится плесень и грибок.

Также пенопласты не поддаются гниению, воздействию насекомых, не поражаются грызунами. Обладают высокой биостойкостью, хорошо сопротивляются разрушающему действию микроорганизмов, грибков и др.

Что важно, степень грибкового поражения, например, полистирольного пенопласта зависит от его объемного веса. Больше всего грибковому поражению подвержены пенопласты низкой плотности – до 20-25 кг/м3. На материалах с плотностью выше 25 кг/м3 грибковое поражение практически не наблюдается.

Теперь о недостатках пенопластов. К ним относят:

• нестойкость к некоторым растворителям, например, к ацетону;
• нестойкость к нагреванию – нельзя использовать выше 90 градусов,
• выделение вредных веществ при несоблюдении условий эксплуатации, а также при превышении срока эксплуатации,
• горючесть.

Именно последнее свойство обусловлено тем, что в некоторые пенопласты, например, пенополистирол, о котором речь пойдет в следующей статье, вводят специальные вещества, понижающие горючесть – антипирены (от греческих слов «anti» — против и «pyr» — огонь). Эти вещества при нагревании начинают разлагаться с выделением инертных газов, которые затрудняют дальнейшее возгорание, так как препятствуют доступу кислорода к материалу.

При удалении от источника огня горение прекращается, именно поэтому такие материалы получили название самозатухающих.

Есть еще интересная проблема, которая стоит сейчас очень остро – гигиеническая безопасность этих материалов. О ней я подробно буду писать в следующей статье, так как материала на эту тему много, и он достаточно интересен, чтобы о нем сделать отдельную статью.

Применение

Как только этот материал появился, он сразу же начал активно использоваться в строительстве в качестве тепло- и звукоизолирующего материала, например, утепление стен пенопластом.

В качестве теплоизоляционных материалов пенопласты применяют для утепления стеновых панелей, бетонных и каменных стен, сборных совмещенных железобетонных покрытий. Есть также конструктивные решения сочетания железобетона с пенопластовым утеплителем в крупнопанельном строительстве.

Разработаны конструкции несущих, самонесущих и навесных крупных панелей с пенопластовым утеплителем. В этих конструкциях пенопластовый утеплитель применяют главным образом с наружной (холодной) стороны панелей.

Широкое распространение получали трехслойные панели типа «сэндвич» со средним слоем из пенопластов.

Кроме того, они применяются также:

• в авиастроении;
• в судостроении;
• в автомобильной промышленности;
• для изоляции трубопроводов;
• в производстве холодильных установок;
• в производстве плавучих средств – от понтонных мостов до спасательных кругов и жилетов.

Думаю, самое известное применение, с которым уж точно все сталкивались – производство защитной ударопоглощающей упаковки для хрупких предметов, например, бытовой техники.

Многим знакома также декоративная потолочная плитка и галтели для украшения стыков между потолком и стеной. Все это – они, пенопласты.
На этом, пожалуй, на сегодня закончу статью и похвастаюсь нашей погодой. Как вам наш морозец, держащий город в плену уже четвертый день?

Температуры, по сути, не такие уж и низкие, но при движении воздуха 5-6 метров в секунду, выход на улицу становится пыткой – лицо режет как бритвой. А мне, как назло, нужно сейчас много передвигаться по территории нашего предприятия.

Так что, да здравствует лень, которая не дала мне продать (или отдать) лыжный костюм, который я носила 20 кг назад. Теперь под него можно спокойно надеть три толстых свитера и столько же штанов. И стать похожей на отъевшегося хомяка-переростка. Ну а роль защёчных мешков сыграет рюкзак, в котором завтра понесу подарки маме в День рождения. Зато не холодно

Веселой всем зимы и хорошего настроения!

До встречи в следующей статье!

Наталья Брянцева

KidsChemistry теперь есть и в социальных сетях. Присоединяйтесь прямо сейчас! Google+, В контакте, Одноклассники , Facebook, Twitter