Пенополистирол. Характеристики пенополистирола

Из-за недостаточной плотности пенополистирольного утеплителя он не способен эффективно рассеивать энергию звуковых волн. Для достижения наилучших результатов его рекомендуется использовать в комбинации с другими материалами, такими как гипсокартон, поролон, минеральная вата и акустические панели. Эти материалы помогут улучшить акустические характеристики пространства.

Пенополистирол – что это и где применяется?

Пенополистирол (сокращенно PS) – это высокоэффективный строительный материал, который занимает значительную нишу в строительной отрасли благодаря своей легкости и прекрасным теплоизоляционным свойствам. Он широко используется не только в строительстве, но и в других сферах, включая производство одноразовой посуды и создание декоративных элементов. Он также известен под привычным для многих названием — пенопласт.

Состав этого материала представляет собой газонаполненную структуру, полученную из полистирола и его производных, а также из сополимеров стирола. Это одна из самых распространенных разновидностей пенопласта, применяемая в различных сферах, однако её экологическая безопасность вызывает значительные обсуждения.

Вопросы безопасности и нетоксичности пенополистирола активно обсуждаются и исследуются. Допустимая концентрация стирола в пенополистироле варьируется в зависимости от методологии оценки воздействия вредных веществ на человеческий организм, и этот показатель может значительно различаться. Существуют опасения по поводу стабильного нарушения термодинамического равновесия полистирола и выделения свободного стирола, что побуждает к более глубокому изучению исследований, касающихся безопасности использования этого материала. Важно отметить, что сам полистирол считается безопасным веществом; стирол оказывает негативное воздействие только при очень высоких концентрациях.

Производство пенополистирола

Процесс получения пенополистирола был патентован ещё в 1928 году, с тех пор он прошёл множество улучшений и модернизаций. Несмотря на то что производство пенополистирола не настолько сложное, оно требует строго соблюдения порядка операций и использования специализированного оборудования.

Особенности производства

Теперь рассмотрим подробнее процесс производства PS, который включает несколько ключевых этапов:

1. Подготовка полистирола. На первом этапе используются гранулы полистирола, полученные в результате полимеризации стирола. Эти гранулы будут служить основой для дальнейшего производства.
2. Вспенивание. Для создания пенополистирола в гранулы вводят высококипящие жидкости, такие как изопентан или метиленхлорид. Этот процесс, называемый вспениванием, проходит в специализированных реакторах, где под действием химических реакций образуются предвспененные гранулы.
3. Формирование блоков. Вслед за вспениванием предвспененные гранулы сушатся для удаления остатков жидкостей. Затем они подвергаются процессу спекания при высоких температурах и определённом давлении, что приводит к расширению гранул и формированию плотных пенополистирольных блоков.
4. Резка плит. Полученные блоки пенополистирола затем аккуратно нарезаются на плиты заданных размеров с высокой точностью, что позволяет достичь необходимого качества.
5. Упаковка и распределение. Готовые плиты упаковываются и подготавливаются к доставке на стройплощадки, обеспечивая широкий спектр применения в различных строительных областях, таких как утепление зданий и создание теплоизолирующих систем.

Разновидности пенополистирола

Существует несколько видов PS, каждый из которых обладает своими уникальными характеристиками. В зависимости от технологий производства можно выделить четыре основных типа пенополистирола:

1. Экспандированный пенополистирол (EPS). Также известный как «пенопласт», этот материал создаётся путём вспенивания гранул полистирола с использованием высокотемпературных паров. Он характеризуется легкостью, хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами и широко используется в строительстве для теплоизоляции стен, крыш и фундаментов.
2. Экструзионный пенополистирол (XPS). Этот тип материла получают путем экструзии полистирола через специальные насадки, что приводит к формированию плит с закрытыми ячейками. XPS обладает более высокой плотностью и прочностью, что делает его идеальным для утепления фасадов и подвалов.
3. Графитосодержащий пенополистирол. Этот вид PS обогащён графитом, что позволяет ему отражать тепло и улучшает теплоизоляционные характеристики. Он эффективно используется в системах утепления фасадов и крыш, где требуется высокая эффективность.
4. Пенополистирол с улучшенными адгезионными свойствами. Этот тип PS проходит обработку, при которой его поверхность становится более пористой, благодаря чему значительно улучшается адгезия клеевых составов и штукатурок при установке утеплительных систем.

Свойства и характеристики

Пенополистирол обладает уникальными свойствами, которые способствуют его широкому применения в строительстве и других областях. К основным свойствам можно отнести:

• Легкость. Этот материал отличается низкой плотностью, что делает его удобным в транспортировке и установке, что особенно важно в строительстве.
• Звукоизоляция. Он также обладает хорошими звукоизоляционными характеристиками, что позволяет уменьшить звуковые переходы между помещениями и внешней средой.
• Механическая прочность. В зависимости от типа и плотности пенополистирол может иметь различную механическую прочность; экструзионные виды обычно имеют более высокие показатели устойчивости к деформациям.
• Простота обработки. Этот материал легко поддается резке и сверлению, что делает его удобным для создания различных архитектурных деталей и элементов.

Виды и способы производства пенополистирола

Наиболее распространёнными типами полимерных теплоизоляционных материалов являются вспененный полистирол (ППС, в международной классификации — EPS, expanded polystyrene) и экструдированный полистирол (ЭППС, XPS, extruded polystyrene). В этой статье основное внимание уделяется именно вспененному полистиролу. Технология вспенивания состоит из следующих процессов:

• Наполнение гранул полистирола безвредным пентаном, который является конденсатом природного газа.
• Подогревание гранул паром — в результате шарики полистирола увеличиваются в объёме до 50 раз.
• Спекание вспененных гранул и придание им формы в специальных блок-формах.

В результате этих простых физических процессов получается лёгкий, прочный материал с закрытой ячеистой структурой, плотность которого колеблется от 10 до 45 кг/м³. Готовые плиты нарезаются в стандартные размеры или по индивидуальным запросам клиентов.

Наиболее оптимальное решение по соотношению цена/качество можно получить, применяя ППС различных плотностей. Чем ниже плотность, тем меньше стоимость материала.

Марки с низкой плотностью (10–15 кг/м³) могут использоваться для утепления ненагружаемых конструкций.

• Марки с плотностью 13 и 16 кг/м³ с литерой Ф предназначены для утепления вертикальных ограждающих конструкций с наружными штукатурными слоями.
• Средние марки плотности 15–23 кг/м³ подходят для умеренно нагружаемых поверхностей (например, для плоских кровель и полов).
• Плотные марки свыше 20 кг/м³ способны выдерживать значительные нагрузки и применяются для эксплуатируемых полов, кровель, фундаментов и цокольных этажей.

Физические и химические свойства пенополистирола

Пенополистирол представляет собой материал белого цвета с жесткой ячеистой структурой, на 98% состоящий из воздуха и на 2% из полистирола. Ему характерны:

• Влагостойкость. При контакте с водой он впитывает не более 4% влаги за 24 часа.
• Прочность. В зависимости от марки, прочность на сжатие при 10%-ной линейной деформации составляет не менее 40–250 кПА.
• Гибкость. Предел прочности при изгибе колеблется от 60 до 350 кПА в различных марках.
• Низкая теплопроводность.

Пенополистирол обладает низкой растворимостью в воде и жирах, но растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах, сероуглероде и кетонах. В нормальных условиях он химически стабилен.

Марки, применение и характеристики пенополистиролов.

Пенопласты марки ПСБ-С-15 относятся к материалам с самой низкой плотностью и применяются для звуковой и теплоизоляции конструкций, которые подвергаются минимальным механическим нагрузкам. Примеры их использования включают бытовки, контейнеры, внутренние перегородки и прочие легкие конструкции.

Пенопласт марки ПСБ-С-25 используется для утепления фасадов зданий, стен, лоджий и полов с легкой нагрузкой. Его часто применяют как утеплитель для сэндвич-панелей благодаря хорошему соотношению характеристик и цены.

Пенопласт марки ПСБ-С-35 отличается большей механической прочностью и менее гигроскопичен. Используется для утепления фундаментов, подземных коммуникаций с целью защиты от промерзания и вспучивания грунтов, а также подходит для строительства спортивных площадок и бассейнов.

Пенопласт марки ПСБ-С-50 демонстрирует высокую механическую прочность и способен выдерживать большие нагрузки, что позволяет применять его для теплоизоляции полов в промышленных зданиях, гаражах и стоянках, а также в строительстве дорог на заболоченных местностях.

Характеристики пенополистиролов, определенные ГОСТом 15588-86.

Характеристика	ПСБ-С-15	ПСБ-С-25	ПСБ-С-35	ПСБ-С-50
Плотность, кг/м3	до 15	15,1…25,0	25,1…35,0	35,1…50,0
Прочность на сжатие при 10 % линейной деформации, МПа, не менее	0,05	0,1	0,16	0,2
Предел прочности при изгибе, МПа, не менее	0,07	0,18	0,25	0,35
Теплопроводность в сухом состоянии при (25±5)°С, Вт/(м·К), не более	0,042	0,039	0,037	0,04
Время самостоятельного горения плит типа ПСБ-С, с, не более	4	4	4	4
Водопоглощение за 24 ч, % по объему, не более	3	2	2	1,8
Паропроницаемость не менее мг(м·ч·Па)	0,05	0,05	0,05	0,05
Удельная теплоёмкость, кДж/(кг °С)	1,34	1,34	1,34	1,34

Экструдированный (экструзионный) пенополистирол (XPS).

Экструдированный пенополистирол, как и обычный полистирол, создаётся из аналогичных компонентов, однако технология его производства отличается. В отличие от пенопласта, который изготавливается путём прогрева гранул паром, экструдированный пенополистирол получается методом экструзии. В этом случае вспененная масса нагревается и выдавливается через специальные фильеры, что приводит к образованию пенопласта с закрытыми порами диаметром от 0,1 до 0,2 мм и плотностью в диапазоне 25 … 45 кг/м³.

Благодаря своей структуре экструдированный пенополистирол обладает отличными характеристиками, что выгодно выделяет его среди других видов пенопластов.

Этот материал демонстрирует крайне низкую теплопроводность (в пределах 0,029-0,034 Вт/(м·К)) и водопоглощение (0,2-0,4%). Он практически не меняет свои теплофизические свойства в условиях повышенной влажности, что позволяет использовать его без дополнительного гидроизоляционного слоя. Он устойчив к промерзанию и выдерживает множественные циклы замораживания и оттаивания без ухудшения своих теплоизоляционных свойств. Кроме того, он проявляет хорошую химическую стойкость к большинству строительных материалов, за исключением органических растворителей, бензина и кислот. Однако следует отметить его высокую механическую прочность.

Это действительно превосходный теплоизоляционный материал, который может применяться практически в любых условиях. Тем не менее, он также имеет свои недостатки. Экструдированный пенополистирол подвержен разрушению при контакте со сложными углеводородами, такими как поливинилхлорид, часто используемый для производства сайдинга. Он также горюч, относясь к классу горючести Г3 — Г4, и подвержен разрушению под воздействием ультрафиолетовых лучей, поэтому не может быть использован в открытом виде. Не рекомендуется применять его для утепления крыш и бань, так как при нагревании до более чем 75 °C материал теряет свои свойства. Ещё одним минусом является относительно высокая стоимость по сравнению с обычным пенополистиролом.

Характеристики экструдированных пенополистиролов.

Характеристика	XPS 25	XPS 30	XPS 35	XPS 45
Плотность, кг/м3	24…25	25,1…30,0	30,1…35,0	35,1…45,0
Прочность на сжатие при 10 % линейной деформации, МПа, не менее	0,20	0,25	0,30	0,50
Предел прочности при изгибе, МПа, не менее	0,30	0,30	0,40	0,35
Теплопроводность в сухом состоянии при (25±5)°С, Вт/(м·К), не более	0,029	0,029	0,028	0,031
Группа горючести	Г4	Г4	Г3	Г4
Водопоглощение за 24 ч, % по объему, не более	0,2	0,2	0,2	0,2
Паропроницаемость не менее мг(м·ч·Па)	0,011	0,011	0,011	0,011
Удельная теплоёмкость, кДж/(кг °С)	1,45	1,45	1,45	1,5

Негорючесть, экологичность и как долго сохраняет показатели

Пенополистирол как строительный материал служит длительный срок и не теряет своих первоначальных характеристик. Различные тесты продемонстрировали возможность многократного применения, сохраняя при этом качество. В состав пенополистирола входят антипирены, которые способствуют снижению горючести. Тем не менее, утверждать, что пенополистирол является полностью не воспламеняемым, было бы неверно.

Горючесть

Некоторые эксперименты, вводящие в заблуждение, выглядят следующим образом: пенополистирольная плита подвешивается в воздухе, а затем поджигается с нижней стороны. В результате оказывается, что сгорает лишь тот участок, который контактировал с горелкой, но пламя не распространяется. Однако,

необходимо подчеркнуть, что такой тест, проведенный с пенополистирольной плитой, абсолютно неуместен в условиях её реальной эксплуатации.

При размещении нагретого пенополистирола на поверхности из негорючего материала затухание не происходит. Раскаленные капли сырья, образующиеся при нагреве, распространяют пламя по всей поверхности, что может привести к полному сгоранию.

Экологичность

По научным данным, пенополистирол имеет склонность к окислению на воздухе. Вспененный пенополистирол с его более рыхлой структурой показывает этот процесс в большей степени, в то время как в экструдированном варианте окисление происходит медленнее, однако конечный результат будет аналогичным. Стирол, выделяющийся в процессе укладки и полимеризации пенополистирола, также стоит отметить.

Срок службы

При грамотной эксплуатации пенополистирол способен служить более 30 лет. Такой срок службы включает обработку материала штукатуркой или другими декоративными покрытием. Однако на практике не всегда всё производится должным образом; нередко мастера экономят на качестве теплоизоляции, допуская ошибки при установке. Например, распространенной ошибкой является неверный расчёт толщины утеплителя. Некоторые неопытные профессионалы считают, что высокая толщина (до 30 см) гарантирует безупречное сохранение тепла и долговечность, но материальные температуры приводят к трещинам и колебаниям, через которые проникает холодный воздух.

Согласно европейским стандартам, для утепления стоит использовать пенополистирол толщиной до 3,5 см, что значительно снижает риск отравления при возгорании.

Эксплуатация

Пенополистирол становится всё более популярным благодаря своей низкой цене. В основном этот строительный материал используется для утепления, а также при осуществлении строительных и ремонтных работ. Он также применяется как теплоизолятор в некоторых вариантах бытовой техники и промышленных установок, таких как холодильники и термофургоны, а также в упаковочных процессах.

Для утепления внутренних и наружных поверхностей стен рекомендуется использовать пенопласт марки ПСБ-С, который отличается различными показателями плотности и высоким воздухопроницаемостью, что не свойственно экструдированному варианту пенопласта. Применение пенопласта марки ПСБ-С является отличным способом создать комфортный климат в жилых зданиях.

При выполнении наружного утепления стен целесообразно использовать плиты ПСБ-С.

Для отделки потолков предпочтение отдается пенополистирольным плитам стандартного размера 500 мм × 500 мм. Материал доступен в различных цветах, что расширяет дизайнерские возможности.

Использование ППС в строительстве обеспечивает следующие преимущества:

• Сокращение стоимости работ и времени выполнения теплоизоляции;
• Расширение полезной площади жилых зданий за счёт уменьшения толщины наружных стен;
• Повышение экологических параметров конструкции;
• Снижение затрат на отопление.

Достоинства и недостатки ППС

Пенополистирол имеет множество преимуществ, среди которых:

• Низкая теплопроводность. ППС является отличным теплоизолятором, что позволяет эффективно сохранять тепло и уменьшать затраты на отопление.
• Легкость. Это существенно упрощает транспортировку, монтаж и обработку.
• Влагостойкость. Пенополистирол практически не впитывает влагу, что делает его устойчивым к образованию плесени и грибка.
• Долговечность. При правильной эксплуатации утеплитель способен прослужить до 50 лет.

Цены на данный материал также довольно привлекательны.

Однако имеются и недостатки:

• Горючесть. Материал может воспламеняться и выделять токсичные вещества при горении, хотя существуют марки со специальными антипиренами, которые уменьшают риск возгорания.
• Низкая паропроницаемость. ППС плохо пропускает пар, что может привести к образованию конденсата на стенах и ухудшению микроклимата в помещениях.
• Неустойчивость к ультрафиолету. Влияние солнечных лучей может негативно повлиять на структуру материала со временем.
• Хрупкость. Пенополистирол может легко ломаться и крошиться, таким образом требует осторожного обращения при монтаже.

Кроме того, данный материал не разлагается в естественных условиях и требует специальной утилизации.

Критерии выбора

Чтобы выбрать пенополистирол, следует учитывать несколько основных факторов:

• Назначение. Необходимо уточнить, для каких целей необходим материал — для утепления фасадов, цокольных этажей, фундаментов, полов или плоских кровель с механической нагрузкой. В некоторых случаях потребуется более плотный и прочный вариант.
• Маркировка. Наличие надписи ПСБ-С на упаковке указывает на суспензионный самозатухающий пенополистирол, а цифры после букв (например, 15, 25, 35) обозначают плотность (кг/м³). Чем выше плотность, тем прочнее и более долговечен утеплитель. Буква Ф обозначает наличие антипирена, который является замедлителем горения. Рекомендуется также выбирать материалы группы Г1 (слабогорючие) или НГ (негорючие).
• Внешний вид. Плиты должны быть ровными, без сколов, трещин или вмятин, а гранулы должны быть однородного размера и плотно прилегающими друг к другу.
• Цвет — обычно это белый или светло-серый (не считая цветных подвидов).

Обязательно рассчитайте необходимое количество материала с запасом не менее 10-15%. И категорически не советуется использовать пенополистирол для утепления бань и саун. Наконец, для монтажа рекомендуется обеспечить средства индивидуальной защиты (очки, респиратор, перчатки).