Характеристики полистирола

Изоляция проводов и кабелей осуществляется с использованием полиэтилена, в который добавлены стабилизаторы и красители. Такой материал, как изоляция для провода СИП, способен выдерживать атмосферные воздействия и служить на открытом воздухе под солнечными лучами на протяжении десятков лет.

Все о полистироле

Полистирол представляет собой листовой материал и является одним из вариантов полимера, который производится с использованием стирола. Данный полимер получил широкое распространение в различных отраслях благодаря своей легкости и практичности. Из него изготавливаются одноразовая посуда, упаковка для продуктов, а также наружная реклама. Популярность полистирола объясняется его высокими эксплуатационными свойствами, такими как устойчивость и долговечность.

В зависимости от метода его производства и некоторых технических характеристик, полистирол может быть представлен в различных вариантах:

• полистирол общего назначения (GPPS);
• полистирол со средней ударопрочностью (VIPS);
• полистирол с высокой ударопрочностью (HIPS);
• вспененный полистирол (EPS, ВПС);
• экструдированный полистирол (XPS, ЭПС).

На российском рынке маркировка полистирола может быть следующей:

• полимеризация массы (ПСМ);
• эмульсионный способ производства (ПСЭ);
• суспензионный полистирол (ПСС);
• ударопрочный полистирол (УП).

Наиболее распространенными являются полистирол общего назначения и ударопрочный полистирол. Их различие заключается в том, что для повышения прочности и устойчивости к механическим повреждениям в состав ударопрочного полистирола дополнительно вводится каучуковая масса.

Свойства полистирола

Большинство характеристик полистирола зависят от ряда факторов, таких как молекулярная масса, метод получения и прочие параметры.

Полистирол общего назначения имеет следующие показатели:

• прочность на растяжение — 55 МПа;
• плотность — 1,05 г/см³;
• индекс преломления — 1,59;
• теплопроводность — 0,16 Вт/м·К;
• прочность на изгиб — 103 МПа;
• удлинение на разрыв — 3 %.

У различных производителей размеры листов из различных видов полистирола могут заметно варьироваться, поэтому рекомендуется уточнять данный параметр перед покупкой.

Переработка

Полистирол и его сополимеры образуют одну из крупнейших групп полимеров, производимых в мире. Технология переработки полистирола не составляет особых трудностей. Полимеры стирольной группы могут перерабатываться всеми основными способами. Однако наименее подвержен переработке самый простой полистирол общего назначения (ПСОН), так как он обладает хрупкостью, ломкостью и склонностью к трещинообразованию при различных напряжениях, включая внутренние. Это связано с тем, что во время переработки линейная усадка ПС может достигать 3%, в то время как относительная деформация до разрушения обычно меньше этого числа. Сополимеры стирола не вызывают таких проблем при переработке.

Листы и плиты из полистирола (в том числе вспененного ПС — EPS) производят путем экструзии на плоскощелевых экструзионных линиях. Как правило, конечный продукт не является автономным изделием и отправляется на дальнейшую переработку для изготовления упаковки или одноразовой посуды с применением методов пневмо- или вакуумформования (также известного как термоформование). Процесс термоформования может осуществляться как на специализированных машинах периодического действия, так и на автоматизированных термоформовочных линиях, которые характеризуются высокой производительностью.

Рис.2. Виды вспененного материала EPS

Литьем под давлением из полистирола производятся различные товары для быта, в том числе кухонные принадлежности, автомобильные и строительные изделия. Для переработки полистирольных пластиков с использованием литья специального оборудования не требуется. Можно использовать стандартные термопластавтоматы и различные формы, включая горячеканальные, запорные, многокомпонентные и прочие. Важно при этом учитывать, что литьевые уклоны для полистирола общего назначения желательно проектировать больше, чем для других термопластов (не менее 2 градусов). Это объясняется тем, что у полистирола низкая относительная деформация перед разрушением. Кроме того, охлаждать отливки нельзя сильно; лучше извлекать изделия из формы как можно горячими.

Для окрашивания изделий из полистирола в массовом порядке применяются специальные суперконцентраты пигментов на основе полистирола. Также при низком проценте внедрения и невысоких требованиях к прозрачности изделия из полистирола можно окрашивать с помощью суперконцентратов пигментов на основе полиолефинов.

Вспенивающийся полистирол (не следует путать с вспененным) перерабатывается на специализированных машинах, где процесс вспенивания происходит с использованием горячего пара. Таким образом, производятся защитная упаковка из пенопласта и строительные отделочные плитки, профили, панели.

Применение

Уникальные свойства полистирола и пластиков, относящихся к стирольной группе, их разнообразие и относительная легкость в обработке привели к тому, что стирольные полимеры стали очень популярными в различных сферах применения. Их использует:

1. В быту, особенно на кухне. Полистирол применяется для производства множества недорогих кухонных принадлежностей и посуды, таких как, например, популярные пластиковые кружки с печатью. Практически все изделия с высокой прозрачностью и твердостью в наших домах сделаны из полистиролов, таких как САН и других. Полистирол остается лидером по производству посуды и столовых приборов для одноразового использования, хотя эти продукты сталкиваются с ограничениями и запретом в разных странах.

Рис.3. Хлебница – классическое ПС изделие для кухни

2. В строительной сфере полистирол и его производные используются для создания теплоизолирующих и мембранных материалов, сэндвич-панелей, отделочных материалов, остекления, звукоизоляции, а также специализированных клеев и красок.
3. В медицине полистирол применяется для изготовления корпусов медицинского оборудования, посуды и компонентов одноразовых изделий и прочего.
4. В сфере светотехники полистирол используется для создания рассеивателей для недорогих светильников. Особенно это направление стало актуальным в последние годы в связи с расширением применения светодиодов, которые не перегревают лампы так сильно, как это делают лампы накаливания.
5. В электротехнике полистирол применяется для производства фильтров, элементов электроизоляции и других компонентов.
6. В упаковке полистирол используется для изготовления пленки, контейнеров, лотков (включая вспененный полистирол), коррексов и прочих изделий. Кроме того, полистирол используется наряду с ПВХ для производства все более популярной блистерной упаковки.
7. Полистирол также используется для создания пластиковых карт, канцелярских товаров, детских изделий, корпусных частей, сантехнических компонентов, а также в дизайне и рекламной индустрии.

Об экологии и вторичной переработке

Полистирол безопасен для здоровья человека и живых организмов. Однако мономер, из которого он производится — стирол, является веществом с определенной опасностью. При разрушении полистирола (например, во время горения или переработки) он может выделять стирол вместе с другими токсичными веществами. Важно держать этот факт в уме и принимать соответствующие меры предосторожности для предотвращения возгорания в помещениях, отделанных полистиролом.

Вторичная переработка полистирола происходит аналогично переработке других полимеров. Изделия из полистирола собирают, моют, сушат, а затем регранулируют на экструзионных грануляторах. Проблема при переработке заключается в отделении стирольных пластиков от других полимеров с похожими внешними характеристиками и плотностью. Также осложняет дело обилие различных сополимеров стирола и малый объем использования каждого из них по сравнению с общей массой других полимеров.

Виды полистирола

Полистирол подразделяется по назначению на три основных вида:

• полистирол общего назначения;
• ударопрочный полистирол;
• экструдированный полистирол.

Полистирол общего назначения

Это твердый и прозрачный материал, получаемый с применением суспензионной или непрерывной полимеризации стирола в массе. Он выпускается в виде прозрачных гранул и отличается хрупкостью и жесткостью.

Полистирол общего назначения подходит для производства изделий, которые не предъявляют жестких требований к механической прочности.

Он устойчив к влажности, радиации и различным агрессивным веществам. Полистирол является отличным диэлектриком.

Однако он боится прямых солнечных лучей и растворяется в ацетоне. Также подвержен воздействию технических масел и органических растворителей.

Этот тип полистирола применяется для производства детских игрушек, рекламных вывесок, одноразовых медицинских изделий, внутренних отделочных и интерьерных работ, а также для внутреннего остекления.

Ударопрочный полистирол

Это модифицированный полистирол, получаемый путем сополимеризации стирола с акрилонитрилом, бутадиеном, бутадиен-стирольными добавками и другими полимерами. Он поставляется в виде стабилизированных окрашенных и неокрашенных однородных гранул.

Добавление каучука в состав усиливает механическую прочность материала и замедляет образование микротрещин.

Эксплуатационные характеристики зависят от соотношения каучука и стирола:

• средняя ударная прочность (MIPS — полистирол со средней ударопрочностью) — 3,5-4,5% каучука;
• высокая ударная прочность (HIPS — полистирол с высокой ударопрочностью) — 7,5-9% каучука;
• сверхударопрочный (SHIPS — сверхвысокий ударопрочный полистирол) — 10-15% каучука.

Ударопрочный полистирол, как непрозрачный материал, является наиболее востребованным в строительной, машиностроительной, быт, рекламной отраслях и других сферах.

Он перерабатывается с использованием термопластавтоматов методом литья под давлением или в экструдерах — с помощью вакуумного или пневмоформования.

Светорассеивающий полистирол

Этот материал разработан с целью создания световой рекламы. Он обладает идеальными свойствами светорассеивания. В отличие от оргстекла, у него имеется только наружная глянцевая поверхность. Благодаря добавлению УФ-стабилизаторов, материал способен отражать прямые солнечные лучи.

Светорассеивающий полистирол используется для производства светильников, объемных букв с подсветкой и световых коробов, применяемых как в интерьере, так и на месте наружной рекламы.

Экструдированный полистирол

Экструдированный полистирол представляет собой легкий синтетический материал, который изготавливается методом экструзии полимеризованного стирола.

Данный вид полистирола считается экологически безвредным и нетоксичным. Он легко поддается резке и обработке, а также прост в монтаже.

Материал обладает отличными тепло- и звукоизоляционными свойствами, устойчив к воздействию влаги, плесени и грибка, а также устойчив к различным химическим воздействием.

Экструдированный полистирол широко используется в строительстве для теплоизоляции и звукоизоляции наружных ограждений зданий, а также в качестве декоративного отделочного материала. Он подходит для использования как в помещениях, так и снаружи.

Вспененный полистирол служит наполнителем для изготовления полистирол-бетонных блоков, которые обладают хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, долговечностью и экологической безопасностью.

Поверхность экструдированного полистирола может быть матовой, глянцевой, тисненной или гладкой.

Достоинства и недостатки полистирола

Полистирол считается экологичным и безопасным для окружающей среды материалом. Он не имеет запаха и не выделяет токсичных веществ, что позволяет использовать его в жилых помещениях и на пищевых производствах. Полистирол поддается вакуумному формованию и термоформированию.

Его преимущества в сравнении с другими полимерами включают:

• устойчивость к воздействию кислот, щелочей и спиртов;
• доступную цену;
• отсутствие запаха;
• простоту обработки.

Листы полистирола легко поддаются офсетной и трафаретной печати, а также пленочной аппликации.

Полистирол безопасен для здоровья и может применяться для производства упаковки для пищи, одноразовой посуды и детских игрушек.

Одним из значительных достоинств полистирола является возможность его вторичной переработки.

Хотя материал довольно гибок, он начинает белеть и трескаться при излишнем сгибании.

Тем не менее, существуют и недостатки полистирола:

• длительный процесс разложения при утилизации;
• легкая воспламеняемость;
• хрупкость.

Полистирол подвержен быстрому разрушению под воздействием ультрафиолета.

Полистирол является материалом с высокой горючестью. Он горит с выделением коптящего пламени, однако обладает свойством самозатухания.

Химические свойства полистирола

Для понимания свойств полистирола важно знать его состав и то, как получить менее чувствительный к химическим реагентам аналог. Полистирол отличается устойчивостью к разбавленным кислотам и щелочам, но полностью растворяется в своем собственном мономере. В целом, его нельзя отнести к материалам с высокой стойкостью к химической агрессии. Это свойство можно улучшить, создавая сополимеры.

Среди веществ, в которых полистирол растворяется быстро, находятся ацетон, хлороформ, сероуглерод и другие. Он также характеризуется хорошей способностью к склеиванию и относительно простой обработкой и окрашиванием. Полистирол не взаимодействует с водой и имеет минимальное поглощение влаги.

Разновидности полистирола

Так как полистирол является результатом реакции полимеризации, прозрачный предназначен для различных условий, что позволяет получать разные виды с уникальными характеристиками и свойствами. Эти характеристики зависят от формулы макромолекул, и исходя из этого выделяют несколько типов данного материала, каждый из которых находит свое применение.

Полистирол общего назначения

Это наибольшее распространенный вид полистирола, представляющий собой продукт непрерывной полимеризации стирола. Альтернативой является суспензионный метод. Данный полистирол выпускается в форме гранул и характеризуется хрупкостью и низкой стойкостью к механическим воздействиям.

Актуально описать использование данного полистирола — он подходит для производства не слишком прочных и ударопрочных предметов, которые не подвержены атаке со стороны химических веществ. Например, он служит для изготовления игрушек, упаковки, медицинской продукции, а также востребован в строительстве, например для теплоизоляции и других материалов. В последнее время его часто используют в рекламной сфере для создания вывесок.

Ударопрочный полистирол

Ударопрочный полистирол получается путем сополимеризации нескольких мономеров. В процессе производятся различные виды каучуков и акрилонитрила, также допускается включение других веществ. Важно понимать, что с увеличением прочности полимер теряет прозрачность. Качество достигается за счет добавления мономера в макромолекулу. Чем больше, например, каучука применяется в процессе сополимеризации, тем устойчивее получится конечный продукт к механическим повреждениям.

Стоит упомянуть, что полистирол высокой плотности — это разновидность ударопрочного полимера. Он используется для изготовления различных листовых отделочных строительных материалов, таких как коробки для кабелей и напольные плинтусы. Другие названия данного вещества — дюрополимер или дюропрофиль.

Светорассеивающий полистирол

Этот полистирол востребован в рекламной сфере, имеется в составе специальные добавки с УФ-стабилизирующим эффектом, которые позволяют ему отражать солнечные лучи. Одной из важных особенностей является то, что с одной стороны, материал остается гладким, а с другой — матовым. Эта структура оптимизирует его способность рассеивать свет.

Из полистирола этого типа производятся изделия, такие как:

• вывески;
• светильники;
• объемные буквы;
• декоративные элементы;
• световые короба и многое другое.

Большая часть наружной рекламы, которую можно встретить на городских улицах, производится именно из светорассеивающего полистирола. Эта популярность объясняется множеством факторов, включая способность рассеивать свет, легкость, невысокую себестоимость и пригодность для обработки.

Экструдированный полистирол

Данный вид полистирола создается путем экструзии полимеризованного стирола. Это материал, представленный в виде гранул. После завершения химической реакции и последующего затвердевания полимер проходит экструзию, что позволяет достичь оптимального сочетания прочности и гибкости.

С экструзионным полистиролом производят множество различных изделий. Он особенно распространен в строительной отрасли для создания панелей, как для внутренней, так и для наружной отделки, а также для изоляционных плит. Если вы никогда не видели экструдированный полистирол, его характеристики можно понять из представленных ниже фотографий.

Полипропилен

Полипропилен — это полимер, весьма похожий на полиэтилен (в его молекуле есть дополнительный боковой хвостик), но обладающий несколько другими свойствами. Полипропилен более термостойкий, жесткий, но менее устойчив к химическим воздействиям.

Тем не менее, он по-прежнему плохо (хотя немного лучше, чем полиэтилен) склеивается и окрашивается.

Полипропилен используется для производства труб для холодной и горячей воды, так как температура плавления составляет порядка 170°С, и такие трубы вполне уверенно держат горячую воду, особенно если дополнительно имеют армирующий слой. Соединение труб осуществляется сваркой.

К сожалению, полипропилен очень похож на полиэтилен высокой плотности как по физическим, так и по химическим характеристикам. Таким образом, надежного метода для различия этих двух полимеров не существует. Они лишь слегка отличаются по запаху при горении и температуре размягчения.

Полипропилен используется для множества упаковок — например, стаканчиков, блистеров и других товаров.

Прессованное волокно из полипропилена представляет собой материал фильтров, который обладает стойкостью перед влагою и агрессивными химическими веществами.

Фильтрующий картридж из полипропилена для фильтров воды. Полипропиленовые волокна навиты и спрессованы так, что задерживают частицы размером более 5 мкм.

Нетканое полотно из полипропиленовых волокон — это недорогой заменитель ткани.

Нетканое полотно — это материал, полученный способом, аналогичным изготовлению бумаги: волокном покрывают ровную поверхность, а волокна слипаются между собой в перемешанном порядке. Кроме того, полотно может дополнительно проклеиваться в точках по сетке. Такое полотно менее прочное, чем ткань, но при этом значительно дешевле и проще в производстве. Такого рода полотна используются для изготовления одноразовой одежды, фильтров и влажных салфеток.

В области электроники полипропилен применяется в виде пленки — изолятора в пленочных конденсаторах.

Различные пленочные конденсаторы. Белый конденсатор на заднем фоне имеет изоляцию из полипропилена.

Сила и дешевизна полипропиленовых труб, а также простота их соединения позволяет создавать из них прочные конструкции — от фотобоксов до двухъярусных детских кроватей.

Полистирол и АБС-пластик

Полистирол в чистом виде представляет собой прозрачный и хрупкий пластик.

Оптический полистирол — это один из немногих полимеров с отличными оптическими качествами, который подходит для изготовления линз, призм и прочих оптических устройств. В отличие от многих других полимеров, например, полиэтилена и полипропилена, которые пропускают свет, но не дают прозрачного результата, полистирол позволяет создавать прозрачные блоки. Легкий вес и меньшая хрупкость по сравнению со стеклом сделали полистирол основной альтернативой стеклу в очках. Оптические компоненты для бытовой электронной техники, такие как объективы фотоприемников, фонарей и светорассеиватели для фотовспышек, также изготавливаются из оптического полистирола, часто с последующим нанесением защитных покрытий, если это необходимо. К тому же такая оптика более дешева, чем стеклянная.

Для борьбы с хрупкостью полистирола в него вводятся вязкие эластические добавки — эластификаторы, такие как полибутадиен. Полистирол, модифицированный подобным образом, называется ударопрочным полистиролом (high-impact polystyrene — HIPS). В советской литературе АБС-пластик часто отнесен к разновидностям ударопрочных полистиролов, но на практике его выделяют в отдельную категорию.

Если в процессе полимеризации к стиролу добавляют сополимер акрилонитрил и бутадиен, получается прочный материал, называемый АБС-пластик (акрилонитрил-бутадиен-стирол). Полибутадиен в этом случае выступает в роли резины и добавляет прочности и упругости изготавливаемому продукту в качестве мельчайших вкраплений.

Вспененный полистирол, известный под названием пенопласт, хорошо зарекомендовал себя как упаковочный материал и теплоизолятор как в технике, так и в строительстве. Однако он обладает высокой горючестью, что ограничивает его использование в строительстве.