Пенопласт

Техническая информация

Для применения пенопластов из стиролора, оптимального их использования и обеспечения функциональной надежности на длительное время необходимо обладать знаниями их свойств. Эти пенопласты отличаются от обычных материалов именно тем, что свойства последних уже в достаточной степени известны. Так например, известно, что сталь может ржаветь, дерево - гнить, стекло - разбиваться, а картон теряет свою прочность под воздействием влаги. Уровень информированности о свойствах пенопластов из стиропора часто значительно ниже. В данном выпуске Технической информации рассматриваются свойства, имеющие существенное значение для применения указанных материалов.

Содержание

1. Физические свойства
2. Химические свойства
3. Биологические свойства

1. Физические свойства

Механические нагрузки

Важным свойством пенопластов из стиропора является их механическая прочность при воздействии нагрузок от короткой до средней длительности.

Пенопласты из стиропора классифицируются по ДИН 7726 как „жесткие пенопласты". Под нагрузкой наблюдается вязкоупругая реакция, что отличает их от поведения хрупко-твердых материалов. Поэтому, в соответствии с ДИН 53421 производится не измерение прочности при давлении, а измерение напряжения сжатия при 10% деформации при сжатии (таблица 1). Это значение лежит, однако, уже в зоне необратимой деформации и имеет значение только как параметр материала (например. при контроле качества), т.к. механические свойства пенопласта зависят от его кажущейся плотности.

Для характеристики нагрузочной способности при длительных нагрузках существенными являются значения, лежащие ниже границы 2%-ной деформации при сжатии.

В проекте общеевропейской нормы „Теплоизоляционные материалы для строительства" описана технология определения долгосрочных параметров ползучести теплоизолирующих пенопластов из стиропора (ППС) при сжатии. Эта технология может в будущем применяться для оценки допустимой нагрузки на практике и проверки поведения материала в условиях длительного сжатия.

Принцип расчета определяется математической формулой, т.н. „уравнением Финдли".

При выполнении заранее определенных предпосылок можно рассчитать долгосрочную деформацию на любой заданный интервал времени. Экстраполякия допустима, однако, не более чем на 30-кратный по сравнению с длительностью испытания период (см. диаграммы на рис. 1).

В таблице 1 приведены также значения прочности при сдвиге, изгибе и растяжении. Эти параметры тоже возрастают по мере увеличения кажущейся плотности.

Таким образом, целесообразно оценивать прочность пенопласта только в сочетании с кажущейся плотностью.

Рис. 1 Поведение пенопласта из стиропора при значениях кажущейся плотности 15, 20 и 30 кг/м³ и при различных значениях установившегося во времени давления

Теплоизоляционная способность

Еще одним важным физическим свойством жестких пенопластов из стиропора является их великолепные изолирующие свойства по отношению к теплу и холоду. ППС состоит из полистирола. Отдельные ячейки имеют форму полиэдров (многогранников) размером от 0,2 до 0,5 мм с толщиной стенки 0,001 мм. Эти ячейки полностью замкнуты. Пенопласт, таким образом, состоит на прибл. 98% из воздуха и только на 2% из полистирола. Решающим фактором, определяющим теплоизоляционные свойства, является замкнутый в ячейках воздух, который, как известно, обладает очень высокими теплоизоляционными показателями. В противовес другим пенопластам, содержащим иные газы, воздух не покидает ячейки этих пенопластов и их теплоизоляционные свойства сохраняются на постоянном уровне.Теплоизоляционная способность материала определяется его теплопроводностью. Теплопроводность же - это количество тепла (в ваттсекундах), которое при постоянном перепаде температур в 1 К за одну секунду проходит через плоскопараллельный слой вещества толщиной 1 м и поперечным сечением 1 м² от более теплой стороны к более холодной. Единица измерения теплопроводности Вт/(м • К). Измерение теплопроводности производится по ДИН 52 612 и, как показывает график на рис. 2, при прочих постоянных условиях определяется кажущейся плотностью (кг/м³) пенопласта. У пенопластов с низкой кажущейся плотностью теплопроводность выше. Она понижается с ростом кажущейся плотности, проходит свой минимум в диапазоне от 30 кг/м³ до 50 кг/м³, а затем начинает постепенно возрастать. Замеренные по ДИН 52 612 значения теплопроводности для пенопласта из стиропора с кажущейся плотностью 20 кг/м³ при 10°С составляют от 0,033 до 0,036 Вт (м • К).

Рис. 2 Теплопроводность пенопластов из стиропора при различных значениях кажущейся плотности и среднем значении температуры +10° С

Вода и водяной пар

Необходимо принципиально различать водопоглощение и диффузию водяного пара.

Водопоглощение

В отличие от многих других веществ пенопласты из стиропора не гигроскопичны. Даже находясь под водой, они поглощают очень незначительные количества влаги. Поскольку стенки ячеек непроницаемы для воды, она может просачиваться только по каналам между отдельными, связанными друг с другом ячейками. Это означает, что поглощаемое количество воды зависит как от технологических свойств ППС,так и от условий его переработки, в частности, от процесса вспенивания.

Водопоглощение измеряется по ДИН 53 434. В качестве пробных образцов берутся преимущественно полуфабрикаты и готовые изделия, предусмотренные для практического использования. Как видно из таблицы 1, водопоглощение практически не зависит от кажущейся плотности. Через 28 дней оно может достигать 3% (объемных).

Водопоглощение при выдерживании в воде играет лишь незначительную роль для большинства случаев применения материала и представляет интерес только в особых ситуациях. К таким ситуациям относится использование материала в подземных и фундаментных сооружениях, в поверхностных и подъемных поплавках и т.п.

Диффузия водяного пара

В отличие от воды, водяной пар, содержащийся в воздухе, может при определенном перепаде температур постепенно проникать (диффундировать) в пенопласт и выпадать (конденсироваться) в виде воды при понижении температуры. По отношению к такой диффузии водяного пара различные вещества проявляют большую или меньшую устойчивость. Диффузионное сопротивление(рЭ) определяется произведением коэффициента сопротивления диффузии водяного пара (р) на толщину слоя (Б). Коэффициент сопротивления диффузии водяного пара (р) - это безразмерная величина, которая показывает, во сколько раз сопротивление материала превышает сопротивление воздушного слоя такой же толщины (для воздуха р = 1).

Металлы характеризуются чрезвычайно высокими значениями коэффициента сопротивления диффузии и, поэтому, металлическая фольга применяется в пароизолирующих прокладках. Между двумя крайними значениями для воздуха и для металлов располагаются значения для всех прочих материалов. Жесткие пенопласты могут иметь, в зависимости от кажущейся плотности, различные значения коэффициента сопротивления диффузии водяного пара, лежащие в интервале от р = 20 до р = 100 (см. таблицу 1, расчетные значения по ДИН 4108). При расчете точки росы следует использовать наиболее неблагоприятное для строительной конструкции значение.

Влияние температуры

Нижняя температурная граница применения жестких пенопластов из стиропора в строительстве практически отсутствует. Объемное сжатие следует учитывать в тех случаях, где это необходимо по температурным условиям (например, при строительстве складов-холодильников). При работе в условиях повышенных температур значение максимально допустимой температуры зависит от длительности температурного воздействия и механической нагрузки на пенопласт (см. таблицу 1).

В случае кратковременного воздействия(склеивание с помощью горячего битума) пенопласт из стиропора может в ряде случаев выдерживать и температуры, значительно превышающие 100°С. При более длительной температурной нагрузке, превышающей 100°С, вспененная структура начинает размягчаться и спекаться.

Постоянство размеров

Все материалы подвержены определенным изменениям размеров, независимо от того, идет ли речь о сырьевых материалах, полуфабрикатах или фасонных изделиях. В случае пенопластов из стиропора различают варианты изменения размеров как в связи с воздействием тепла, так и из-за дополнительной усадки.

Изменение размеров в связи с воздействием тепла

Коэффициент теплового расширения пенопластов из стиропора лежит в интервале от 5 • 10"5 до 7 • 10-5, что соответствует интервалу изменения от 0,05 мм до 0,07 мм на 1 м длины и 1 градус Цельсия. Это означает, что при изменении температуры на прибл. 17°С имеет место обратимое изменение длины равное 0,1 %, т.е. 1 мм/м.

В случаях применений, при которых материалы находятся под воздействием значительных температурных колебаний, необходимо предусматривать особые конструктивные меры.

Необходимо учитывать также и уменьшение размеров (сжатие) пенопластов из стиропора при низких температурах. Если принять за опорную температуру 20°С и считать, что в режиме использования материал охлаждается до -20°С,то в таком экстремальном случае элемент длиной 40 см укорачивается на прибл. 1 мм. Это должно быть учтено при конструировании.

Изменение размеров из-за дополнительной усадки

Дополнительной усадкой называют уменьшение размеров пенопласта, произведенного более 24 часов тому назад, т.е. после того, как завершилась наступающая непосредственно после изготовления усадка, которая частично связана с охлаждением материала.

Уменьшение размеров протекает сначала сравнительно быстро, затем все более и более замедляется и приближается к граничному значению, при котором дополнительная усадка уже не вызывает необходимости в каких-либо специальных конструктивных мерах.

В зависимости от условий переработки и кажущейся плотности пенопласта, дополнительная усадка пенопластовых плит из стиропора лежит в интервале от 0,3% до 0,5%.

Значительная доля дополнительной усадки заранее снимается путем определенной длительности хранения пенопластовых плит на предприятии- изготовителе.

На рис. 3 представлена кривая изменения остаточной дополнительной усадки через 14 дней после изготовления. Конечное значение достигается через приблизительно 150 дней и лежит в пределах от 1,5 мм до 2 мм на метр (от 0,15% до 0,2%). Такое изменение размеров допустимо почти во всех случаях строительного применения. В отличие от теплового изменения размеров, дополнительная усадка необратима.

Если в отдельных случаях оказывается желательным иметь еще более низкий уровень дополнительной усадки, то плиты должны перед употреблением соответственно вылеживаться.

Рис. 3 Изменение остаточной дополнительной усадки пенопластовых плит из стиропора через 14 дней после изготовления

Таблица 1 Физические характеристики пенопластов из стиропора

Таблица 2 Устойчивость пенопластов из стиропора к воздействию химических веществ

+ утойчив: пенопласт не разрушается даже при длительном воздействии

+ -условно устойчив: при длительном воздействии пенопласт может дать усадку или разрушается поверхностный слой

- неустойчив: пенопласт более или менее быстро дает усадку или растворяется

Ассортимент продукции включает в себя стиропор VFН 106, из которого могут производиться пенопласты, обладающие более высокой стойкостью к воздействию неароматичных углеводородов, чем пенопласты из стиропора других марок. Пригодность этого материала для применения в том или ином случае должна обязательно проверяться.

Влияние излучений и атмосферных условий

Излучения высоких энергий, например, коротковолновое УФ-излучение, рентгеновское или у-излучение вызывают при длительном воздействии возникновение хрупкости структуры пенопласта. Этот процесс зави¬сит от вида излучения, дозы и длительности воздействия. На практике имеет значение только УФ-излучение. При длительном воздействии ультрафиолетовых лучей поверхность пенопласта желтеет и становится хрупкой, что может приводить к эрозии из-за воздействия дождя и ветра. Влияние ультрафиолетовых лучей и эрозия надежно предотвращаются даже самыми простыми средствами, например, окраской, нанесением облицовочного слоя, кэшированием и т.п. Как показывает опыт нескольких десятилетий использования потолочных плит, доля УФ-излучения в световом потоке внутри помещений настолько мала,что пенопласту из стиропора никакого ущерба не наносится.

2. Химические свойства

Пенопласты из стиропора обладают стойкостью к воздействию многих химических веществ.

При применении клеев, окрасочных материалов, растворителей или при воздействии концентрированных паров таких веществ необходимо, однако, считаться с возможностью повреждений. Подробные сведения о химической стойкости пенопластов из стиропора приведены в таблице 2.

3. Биологические свойства

Пенопласты из стиропора не могут служить питательной средой для микроорганизмов. Пенопласт не загнивает, не плесневеет и не разлагается. Только в особых случаях, например, при сильном загрязнении пенопласта, на нем могут размножаться микроорганизмы. При этом сам пенопласт выполняет лишь функцию подложки, не принимая абсолютно никакого участия в биологическом процессе. Даже бактерии почвы не наносят материалу никакого ущерба. Вообще говоря, правильно изготовленные пенопласты из стиропора полностью отвечают соответствующим рекомендациям федерального ведомства здравоохранения Германии и, в связи с этим, допущены для производства изделий, предназначенных для пищевой продукции и пищевой промышленности. Они не обладают никакими экологически вредными свойствами и не наносят ущерба водоемам. С учетом соответствующих местных предписаний они могут устраняться или сжигаться совместно с бытовыми отходами.

Пенопласты из стиропора сохраняют стабильность формы при повышенной температуре до 85°С.  При этом не наблюдается каких-либо признаков разложения или выделения ядовитых газов. Более подробная информация о поведении при высоких температурах, поведении при горении и токсичности продуктов термического разложения приведена в Технической информации Т1 0/1-130 „Пове¬дение пенопластов из стиропора при горении".

Важное замечание

Приводимые в настоящей Технической информации сведения базируются на знаниях и опыте, которыми мы располагаем в настоящее время. В связи со значительным количеством факторов, могущих оказывать влияние на процессы переработки и использования наших продуктов, эти сведения не освобождают пользователя от проведения собственных испытаний и контроля. Данные настоящей брошюры не могут рассматриваться как обязательная в правовом смысле гарантия определенных свойств продукта или его пригодности для определенных случаев применения. Получатель нашей продукции обязан под собственную ответственность соблюдать существующие защитные права, а также действующие законы и предписания.