Разностороннее применение листового полистирола

Применение ударопрочного полистирола

Изготовление изделий из листового полистирола производится методом вакуумоформирования или термоформирования.

При вакуумоформировании лист необходимого размера помещается в формовочную машину. Здесь производится двухстороннее нагревание листа до температуры размягчения материала – около 1600С. Затем нагревательные поверхности отводятся и снизу подводится матрица, к которой с помощью вакуумирования прилегает лист ударопрочного полистирола. При термоформировании материал нагревается почти до температуры плавления и методом штамповки получают необходимую форму изделия.

Преимущества материала

Использование неэкструдированного полистирола в строительстве

Среди главных преимуществ листового материала можно выделить:

• конкурентоспособность с другими видами термопластов;
• устойчивость к воздействию химических веществ на поверхность;
• неподверженность к разрушению при воздействии спиртосодержащих веществ и кислот;
• подверженность к механическим манипуляциям (сверление, распил, фрезерование);
• податливость к склеиванию и термосварке;
• термопластичность;
• устойчивость к влажности и поражению грибковыми спорами;
• износоустойчивость;
• высокая эксплуатационная способность;
• вариативность исполнения;
• экологическая безопасность;
• возможность переработки;
• доступная стоимость.

При всех плюсах не стоит забывать о минусах: низкой пожароустойчивости, склонности к растрескиванию и хрупкости.

Получение полистирола (полимеризация стирола)

Стирол может полимеризоваться как по радикальному, так и по ионному механизмам. Полимер, получаемый полимеризацией по радикальному механизму, имеет атактическую структуру и является аморфным; полимер, получаемый ионно-координационной полимеризацией, в зависимости от типа катализатора, может быть аморфным или кристаллическим (изотактическим).

Аморфный полистирол получают разными способами — в блоке (в массе), эмульсии, суспензии или растворе в присутствии инициаторов, или без них (путем термической полимеризации).

Изотактический полистирол получают в присутствии стереоспецифических катализаторов Циглера — Натта. В процессе переработки при нагревании выше температуры плавления  (около 250 °С) изотактический полистирол необратимо переходит в аморфное состояние, что ограничивает его применение.

В промышленности полимеризацию стирола осуществляют в блоке, эмульсии и суспензии. Полимеризация в растворе не нашла широкого применения, так как получаемый полимер имеет сравнительно небольшую молекулярную массу и выделение его из раствора представляет значительные трудности. К тому же раствор полистирола (например, лак, клей) не может быть использован из-за низкой ударной прочности образующегося лакового покрытия, клеевого шва.

Наиболее перспективными промышленными методами получения полистирола являются:

1. блочная полимеризация стирола с неполной конверсией мономера (непрерывный способ);
2.  суспензионная полимеризация стирола (периодический способ);
3.  блочно-суспензионная полимеризация стирола (периодический способ).

Блочная полимеризация стирола с полной конверсией мономера практически утратила свое значение в связи с малой интенсивностью процесса и получением полимера со свойствами, не отвечающими современным требованиям.

В последнее время все большее значение приобретает суспензионная полимеризация стирола (периодический способ) в аппаратах большой единичной мощности (100 м3 и более).

Эмульсионная полимеризация стирола (периодический способ) находит в промышленности гораздо меньшее применение, чем блочная, суспензионная и блочно-суспензионная.

Эмульсионный полистирол используется только для изготовления плиточных пенопластов конструкционного назначения, где требуется полимер с высокой молекулярной массой. Производство эмульсионного полистирола включает трудоемкие стадии сушки тонкодисперсного полимера и очистки большого количества сточных вод, загрязненных токсичным стиролом и другими веществами. Необходимость предварительной грануляции тонкодисперсного эмульсионного полистирола перед его переработкой также создает определенные технологические трудности. Получаемый эмульсионный полистирол имеет худшие диэлектрические свойства, чем полистирол, синтезируемый блочным и суспензионным способами.

Физические свойства полистирола

1. Плотность – 1050-1080кг/м 3
2. Насыпная плотность гранул – 550-560кг/м 3
3. Усадка линейная в форме – 0,4-0,8%
4. Нижний предел рабочей температуры – (-40 о С), верхний предел – (+75 о С)
5. Электрическая прочность с частотой 50Гц – 20-23кВ/мм
6. Удельное электрическое сопротивление поверхностное – 10 16 Ом, объемное, под напряжением 1 мин – 10 17 Ом-см, под напряжением 15 мин – 10 15 Ом-см.
7. Коэффициент линейного расширения термического – 6х10 -5 , 7х10 -5 градус -1
8. Теплопроводность – 0,093-0,140Вт/м*К
9. Теплоемкость – 34х10 3 Дж/кг*К
10. Диэлектрическая проницаемость – 2,49-2, 6
11. Тангенс угла при диэлектрических потерях с частотой 1МГц составляет – 3-4Х10-4.

Свойства

Точные физические характеристики современного полистирола сильно зависят от того, каким способом он был произведен, но в целом, когда говорят о простом полистироле без каких-либо уточнений, имеется в виду материал с вполне конкретными параметрами. Плотность у него не самая высокая (1060 кг/м3), а вот конкретной температуры плавления у материала нет – уже при 60 градусах выше нуля он начинает терять форму, при 105 может самовоспламениться, при нагревании до 200 градусов начинается разрушение его химической структуры.

Молекулярная масса вещества также отнюдь не является конкретной и сильно зависит от методики получения полистирола – она обычно составляет от 50 тысяч до 300 тысяч, хотя эмульсионные варианты иногда демонстрируют и значительно более высокие показатели. Растворимость полистирола значительна в ряде веществ, среди которых его же собственный мономер, а также ацетон, ароматические углеводороды и сложные эфиры.

Полистирол обладает ярко выраженными диэлектрическими свойствами, которые не меняются вне зависимости от окружающей среды. Этот материал также практически равнодушен к разрушающему воздействию кислот и щелочей, солей, спиртов. Выше мы уже перечислили вещества, которые все-таки могут его растворить, а еще он окисляется, галогенируется, нитруется и сульфируется.

В оригинальном виде, без дополнительного подкрашивания, полистирол (по крайней мере, блочная его разновидность) является не только бесцветным, но и прозрачным. Структура практически не задерживает видимый свет, пропуская 90% его количества, и это позволяет использовать такой материал в изготовлении оптических стекол. При этом ультрафиолет и инфракрасное излучение проходят через полистирольные поверхности не так уверенно.

Если рассматривать свойства полистирола как преимущества, которые делают его таким популярным в различных сферах, в первую очередь стоит выделить следующие немаловажные моменты.

• Сочетание невысокой стоимости и простоты обработки. При своей цене полистирол можно считать одним из главных двигателей современной цивилизации, учитывая, какие у него свойства. Недаром сегодня так много продукции производится при непосредственном участии этого материала – у него просто толком нет альтернативы.
• Неплохая химическая стойкость. Большинство веществ, которые могут в быту попасть на полистирольную поверхность, для нее не представляют какой-либо опасности – это отличная новость для производителей, желающих выпускать продукцию, отличающуюся долговечностью. При этом в условиях химической лаборатории, имея под рукой внушительный набор реактивов, растворить полистирол не представляет труда.
• Токсичность в пределах относительно безопасной. Полистирол выделяет сравнительно мало каких-либо вредных испарений и с экологической точки зрения, с определенными оговорками, считается безвредным. По крайней мере, специалисты не выдвигают никаких ограничений относительно использования полистирольных материалов внутри жилых помещений, и даже посуду из полистирола делать можно.
• Широкий спектр применения. Благодаря своим качествам, простоте обработки и окрашивания полистирол может быть использован в качестве сырья для производства чего-либо.

При всех преимуществах полистирола есть у него и недостатки, и хотя их не так много, иногда они играют весьма существенную роль.

Преимущества ударопрочного полистирола

К основным достоинствам причисляют:

• повышенная прочность и ударная вязкость по сравнению с обычными моделями;
• устойчивость к разрывам;
• биологическая и химическая стойкость, в том числе к щелочам и агрессивным средам;
• отличная формуемость;
• морозостойкость (полотна выдерживают до -40 градусов);
• атмосфероустойчивость (стойкость к осадкам, температурным перепадам, ультрафиолету);
• водонепроницаемость;
• сохранение оттенка на протяжении всего срока службы;
• простота обработки;
• гигиеничность;
• небольшая масса, что облегчаем транспортировку и монтаж изделий;
• универсальность благодаря широкой сфере применения;
• долговечность;
• цветовое многообразие;
• соответствие экологическим стандартам;
• приемлемая цена по сравнению с другими видами отделочного материала.

Полистирол HIPS отличается увеличенными ударопрочными возможностями. Термопластичный полимер изготавливают путем полимеризации основного вещества с искусственным каучуком, частицы которого поддаются дисперсии в матрице.

Свойства полистирола

Полистирол представляет собой твердый аморфный продукт плотностью 1050-1080 кг/м 3
. Молекулярная масса промышленных марок полистирола зависит от способа его получения и колеблется в пределах от 50 000
до 300 000
. Исключение составляет , молекулярная масса которого может быть значительно выше.

Большое влияние на свойства полистирола оказывает его полидисперсность
, которая у блочного полистирола довольно значительна.

Для промышленных марок полистирола молекулярно-массовое распределение, характеризующееся соотношение М̅ w /M̅ n
, соответствует 2-4
(в зависимости от условий получения).

Присутствие низкомолекулярных фракций в полимере:

• уменьшает разрушающее напряжение при растяжении, ударе, изгибе;
• снижает теплостойкость полистирола.

В связи с этим усовершенствования технологического процесса получения блочного полистирола направлены на снижение его полидисперсности
.

В технике применяют полистирол с показателем текучести расплава
2-30
.

В присутствии катализаторов Циглера – Натта получается изотактический кристаллический полистирол
, который отличается от аморфного повышенной температурой плавления
(230- 240 °С) и более высокими механическими показателями
. Однако изотактический полистирол трудно перерабатывается в изделия.

Показатели основных свойств полистирола общего назначения, полученного различными способами, приведены в таблице 1.

Таблица 1: Физико-механические свойства полистирола, полученного разными методами

Показатель	Полистирол
Блочный	Эмульсионный	Суспензионный
Плотность, кг/м 3	1050-1060	1050-1070	1050-1060
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	39,2	39,2-44	41,1
Ударная вязкость, кДж/м 2	19,6-21,6	21,6	19,6-27,4
Относительное удлинение при разрыве, %	2,0	2,0	2,0
Твердость по Бринеллю, МПа	137-157	137-196	137-157
Теплостойкость по Вика, °С	95-100	100-105	105
Тангенс угла диэлектрических потерь при 10 6 Гц	4·10 -4	2·10 -4 -3·10 -4	4·10 -4
Диэлектрическая проницаемость при 10 6 Гц	2,4-2,7	2,6	2,5-2,6
Содержание остаточного мономера, %	0,5-0,8*	0,15-0,2	0,1-0,5
за 24 ч, %	0,07	0,01-0,02

* При применении вакуум-камеры или экструдеров с вакуум-отсосом содержание стирола в полистироле снижается до 0,2%.

Для повышения прочности при производстве полистирольных пленок и нитей полимер подвергают ориентации
.

Полистирол характеризуется высокими диэлектрическими показателями
, химической стойкостью
, водостойкостью
и хорошими оптическими свойствами
.

Диэлектрические свойства полистирола

Он является очень хорошим диэлектриком. Его диэлектрические свойства
не зависят от влажности окружающей среды и практически не изменяются при температурах от -80 до 90 °С и при изменении частоты от 1·10 2 до 1·10 9 Гц. Диэлектрические показатели эмульсионного полистирола ниже, чем блочного к суспензионного.

Стойкость полистирола к действию кислот и растворителей

Полистирол обладает высокой кислото- и щелочестойкостью, он стоек к неорганическим неокисляющим кислотам (соляной, серной, плавиковой), а также к спиртам и солям. Однако полистирол растворяется
в тетрахлориде углерода, бензоле, нестоек к действию простых и сложных эфиров, ароматических, алифатических и хлорированных углеводородов. Он довольно легко окисляется, сульфируется, галогенируется, нитруется.

Оптические свойства полистирола

Блочный полистирол
прозрачен, бесцветен, он пропускает 90% видимой части света. В ультрафиолетовой и инфракрасной областях прозрачность полистирола ниже. Высокий показатель преломления n D 25
=1,5-1,6
обусловливает применение блочного полистирола для изготовления оптических стекол.

Термоустойчивость полистирола

Теплостойкость полистирола
по Мартенсу не превышает 70-75 °С
. Эмульсионный полистирол более теплостоек (на 5-10°С), чем блочный, вследствие его большей молекулярной массы и меньшей полидисперсности. Однако этого слишком мало, чтобы обеспечить его более широкое применение.

80-82°С;

Температура эксплуатации изделий из полистирола
не должна превышать 60 °С (на 10-15°С ниже теплостойкости по Мартенсу).

При нагревании до 300-400 °С полистирол деполимеризуется
с образованием мономера.

Ударная вязкость полистирола
составляет всего 19,6- 27,4 кДж/м 2
. В процессе эксплуатации его хрупкость увеличивается из-за старения полимера. В связи с этим применение полистирола общего назначения в качестве конструкционного материала ограничено.

По сравнению с другими термопластами полистирол обладает высокой поверхностной твердостью
. Его модуль упругости при растяжении
довольно высок (12,9-103 МПа)
, а относительное удлинение при разрыве
мало (1,5%)
; разрушающее напряжение при растяжении
с повышением температуры уменьшается.

Технические характеристики

Полистирол используется в качестве заменителя стекла

Благодаря своим свойствам полистирол занял позицию качественного заменителя стекла. Обладая высокими светорассеивающими свойствами его область применения очень разнообразна. Он может выступать в качестве остекления при строительстве теплиц и парников и использоваться при изготовлении декоративных элементов подсветки.

В строительной сфере, при выполнении отделочных работ наиболее востребованными считаются:

• листовой зеркальный полистирол;
• полистирол с матовой поверхностью;
• полистирол с глянцевой поверхностью.

Объяснением такой популярности выступают технические характеристики материала:

• термопластичность;
• устойчивость к воздействию химических средств;
• высокие показатели влагостойкости;
• ударопрочность;
• светопропускающая способность;
• податливость к механическим обработкам;
• повышенные электроизоляционные свойства.

Размеры

Зеркальный полистирол применяется для отделочных работ

Размерная линейка материала очень разнообразна. Можно выбрать определенный размер панелей и листы, которые в последствии легко разрезать на нужные заготовки.

Чаще всего лист полистирола можно встретить в таких размерах:

• 1500 х 2400 мм,
• 1000 х 1400 мм,
• 1000 х 2000 мм,
• 2000 х 3000 мм.

Многие производители принимают заказы на изготовление материала по размерам, указанным клиентом.

Пожароопасные свойства

Значение кислородного индекса ПС составляет 17–19 %, а это значит, что негорючесть – не самая сильная его сторона. Продукт является сгораемым материалом, не теряющим своих горючих качеств даже в составе железобетонного каркаса

Если при строительстве используется полистирол, характеристики и свойства листов часто привлекают внимание пожарных служб. Поэтому при реализации продукции производители придерживаются открытой позиции и уведомляют покупателей о повышенной пожарной опасности предлагаемого товара

Вместе с тем, полимер не склонен к самовозгоранию. Его воспламенение может происходить только при контакте с открытым огнем, но при этом он способен выделять токсичные газы. Стоит отметить, что в последние годы многие производители стремятся улучшить пожаробезопасность материала и создают негорючий полистирол, используя в этих целях различные добавки (агенты антипирена) и дымопоглощающие компоненты.

Физические и химические свойства

Декоративные изделия из полистирола

Свойства материала зависят от нескольких параметров: молекулярная масса, способы производства и т.д. Прочность полистирола и температура его размягчения зависит от молекулярности фракций гранул. Чем этот показатель выше, тем ниже прочность.

Усредненные свойства полистирола:

• устойчивость к изгибам – 103 Мпа,
• коэффициент теплопроводности – 0,16 Вт/м К,
• плотность материала – 1,05 г/см3,
• устойчивость к растяжению – 55 Мпа,
• коэффициент преломления – 12,59,
• стойкость к удлинению – 3%.

Это общие показатели, характерные для всех видов материала. Они могут немного варьироваться в зависимости от производственного процесса. Более точную информацию можно узнать, ознакомившись с сертификатами на выпущенную продукцию у продавца.

Обработка листового полистирола

Листовой полистирол легко поддается обработке. Высокая термопластичность позволяет изготавливать из этого материала различные изделия: от тончайшей тары для пищевых продуктов до толстых листов для наружной рекламы в городах. Более удобным для обработки является ударопрочный полистирол листовой.

• распиливание — производят с помощью циркулярной или ручной пилы. Для очень тонких листов допускается использование лобзика;
• сверление — применяются сверла для пластика либо металла. Производится сверлом для пластика. Под низ листа подкладывают деревянный брусок, чтобы предотвратить появление сколов;
• обработка края — края листов подлежат обработке напильником и даже рубанком;

• формовка — объемную форму изделиям из листового ПС придают вакуумным способом или давлением воздуха. Температура во время термообработки должна поддерживаться в диапазоне 160-200 °С;

• сварка — используются ультразвуковой и газовый виды сварки. Электросварка невозможна ввиду высоких электроизоляционных свойств материала;
• склеивание — производят с применением синтетических клеев на основе неопрена и цианакрилата. Склеиваемые поверхности перед началом работ обезжиривают;
• печать — нанесение печатных изображений возможно без дополнительной обработки поверхности листа. Методы печати: офсет, трафарет и шелкография;
• лакирование — допускается обработка натуральными и синтетическими лаками поверхности листов;
• полирование — полировку матовой поверхности осуществляют полировальным кругом с использованием специальной пасты. Твердые абразивы использовать не рекомендуется;
• фрезерование — происходит на универсальных фрезерных станках. При закреплении листов на станине используют прокладки из дерева;
• металлизация — для производят металлизацию посредством напыления в высоком вакууме.

Температура размягчения полистирола составляет 95°С. Поэтому при всех видах механической обработки (распиливании, сверлении, фрезеровании) рекомендуется использовать охлаждающую жидкость.

Применение

Стаканчик для йогурта из ударопрочного полистирола Выпускается в виде прозрачных гранул цилиндрической формы, которые перерабатываются в готовые изделия литьем под давлением либо экструзией при 190—230 °С. Широкое применение полистирола (ПС) и пластиков базируется на его невысокой стоимости, простоте переработки и огромном ассортименте различных марок.

Наиболее широкое применение (более 60 % производства полистирольных пластиков) получили ударопрочные полистиролы, представляющие собой сополимеры стирола с бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком. В настоящее время созданы и другие многочисленные модификации сополимеров стирола.

Из полистиролов производят широчайшую гамму изделий, которые в первую очередь применяются в бытовой сфере деятельности человека (одноразовая посуда, упаковка, детские игрушки и т. д.), а также строительной индустрии (теплоизоляционные плиты, несъемная опалубка, сэндвич панели), облицовочные и декоративные материалы (потолочный багет, потолочная плитка, полистирольные звукопоглощающие элементы, клеевые основы, полимерные концентраты), медицинское направление (части систем переливания крови, чашки Петри, вспомогательные одноразовые инструменты). Вспенивающийся полистирол после высокотемпературной обработки водой или паром может использоваться в качестве фильтрующего материала (фильтрующей насадки) в колонных фильтрах при водоподготовке и очистке сточных вод. Высокие электротехнические показатели полистирола в области сверхвысоких частот позволяют применять его в производстве: диэлектрических антенн, опор коаксиальных кабелей. Могут быть получены тонкие пленки (до 100 мкм), а в смеси с со-полимерами (стирол-бутадиен-стирол) до 20 мкм, которые также успешно применяются в упаковочной и кондитерской индустрии, а также производстве конденсаторов.

Ударопрочный полистирол и его модификации получили широкое применение в сфере бытовой техники и электроники (корпусные элементы бытовых приборов).

Военная промышленность

Предельно низкая вязкость полистирола в бензоле, позволяющая даже в предельных концентрациях получать всё ещё подвижные растворы, обусловила использование полистирола в составе одной из разновидностей напалма в качестве загустителя, зависимость «вязкость-температура» которого, в свою очередь, уменьшается с увеличением молекулярной массы полистирола.

Преимущества материала

Химические и физические характеристики полистирола обеспечили конкурентоспособность материала среди схожих полимеров. К преимуществам термопласта относятся:

• Химическая устойчивость к воздействию разбавленными кислотами и веществами, содержащими спирт.
• Легкость отделочных работ. Полистирол без труда поддается обработке, распилу, фрезеровочным процессам, сверлению отверстий.
• Простота изменения модификаций. Благодаря небольшому весу и поперечному сечению, можно склеивать листы материала с использованием ультразвука, термосварки и полимерных составов.
• Влагоустойчивость и невосприимчивость к грибкам.
• Экологичность использования.
• Стойкость к воздействию окружающей среды. Материал сохраняет изначальный внешний вид на протяжении долгого времени.
• Разнообразие цветовых решений с предложенными примерами упрощает выбор нужного материала.

Благодаря прочной и упорядоченной кристаллической решетке полистиролу может придаваться любая форма без потери его потребительских качествИсточник Santex.market

К недостаткам полистирола можно отнести его уязвимость к растворителям органического происхождения и техническим маслам, под воздействием которых он быстро разрушается.

Низкая стоимость и большой ассортимент продукции позволяет сэкономить средства на покупке стройматериалов, а также получить в итоге качественный и эстетичный результат.

Как правильно приклеить пенопласт

Отличие полистирола от пенопласта

Экструдированный полистирол и пенопласт являются родственными материалами. В процессе производства пар увеличивает гранулы материала, которые разбухают и соединяются. Нагревание и продавливание полимера через экструдер образуют пенополистирол, который практически не отличается от пенопласта по своим химическим свойствам. Основное различие – плотность итогового материала.

Полистирол крайне неустойчив к органическим кислотам и техническим масламИсточник Strojdvor.ru