Полістирол: властивості і різновиди матеріалу
Полістирол - складний полімер, кристалічна решітка якого складається з великої кількості вуглецевих водневих зв'язків. Залежно від способу виробництва, фізичні властивості та сфери застосування речовини можуть значно відрізняються.
Фізичні та хімічні властивості
Для полімеру характерні такі показники:
- стійкість до подовження – 3%;
- міцність на вигині – 103 МПа;
- межа міцності на розтяг - 55 МПа;
- теплопровідність – 0,16 Вт/мК;
- показник заломлення – 12,59;
- густина – 1,05 г/см3.
Молекулярна маса речовини та спосіб виробництва впливають на фізичні властивості полімеру. Міцність та температура, при якій речовина стає м'якшою, знаходяться у зворотній залежності від розміру частинок полістиролу.
Виробники пропонують широкий вибір розмірів готового листового полістиролу: від 1200х1800 мм до 2050х3050 мм.
Пожежонебезпечні властивості
Полістирол є матеріалом, що піддається горінню. Кисневий індекс речовини сягає 19%. Від згоряння не вбереже навіть оболонка із залізобетону, що обрамляє будматеріал. Виробники і продавці полістиролу зобов'язані повідомляти покупцям той факт, що продукт, що купується, не відноситься до пожежобезпечних. Протипожежні служби відносяться з підвищеною увагою до застосування полістиролу у будівельних конструкціях.
Мінусом речовини також є здатність виділяти небезпечний токсичний газ, який виділяється при горінні. Однак полімер не спалахує сам по собі. Це відбувається лише під впливом прямого вогню.
Великі виробники, що випускають полістирол, розробляють негорючу версію речовини. Добавки, що знижують димоутворення, та компоненти, що забезпечують захист від займання, значно покращують протипожежні характеристики полімеру.
Галузь застосування
Полістирол застосовується в наступних галузях промисловості:
- Медицина. Легкий та міцний полімер придатний для виробництва медобладнання. Витратники, одноразові засоби, пристрої для переливання крові та лабораторні судини виготовляються у великих кількостях. Екологічність та безпека дозволяють виробляти з полістиролу ємності, шприци, трансфузійні системи та елементи для одноразового застосування.
- Будівництво. Проектування та технічне обслуговування автомагістралей, а також спорудження інших будівельних об'єктів не обходиться без використання полімерів. Матеріал застосовують для оздоблення фасадів будівель, у тому числі з метою створення звукоізоляційного шару. Також з полістиролу виготовляють плитку для стелі, основи для клею та сендвіч-панелі.
- Побутова та електрична техніка. Приналежність до діелектриків визначила подальше застосування полістиролу у виготовленні корпусної оболонки для побутових приладів, плівкових конденсаторів, антен та кабельної продукції.
- Побутова сфера. Завдяки безпечному впливу на людський організм, полістирол широко застосовується у повсякденному побуті. Він нешкідливий і не видає стороннього запаху, тому із пластику виготовляють канцелярські та дитячі товари, пакувальну продукцію, одноразовий посуд та елементи декору.
- Промислова галузь. Без полістиролу не обходиться будівництво окремих елементів у галузі цивільної промисловості. До них відносяться складні пристрої, турбіни, агрегати, а також складові при будівництві.
- Військово-промисловий комплекс Горючість полімеру зумовила його використання запальної суміші при створенні вибухових пристроїв. Будівництво військових автомагістралей не обходиться без міцного та легкого полістиролу.
- Харчова промисловість. На будь-якій кухні сьогодні присутній пластик, з якого виготовлені корпуси побутових електроприладів, елементи декору, жароміцні прихватки, одноразовий посуд та пакувальний матеріал.
Корисне відео
Види пінополістиролу
Залежно від внутрішньої будови та технології виробництва розрізняють такі види матеріалу:
- загального призначення (ПЗ);
- ударостійкий (УПМ);
- екструдований (спінений).
Загального призначення
Полімер, що випускається за ГОСТ 20282-86, має вигляд органічного скла. Процес виробництва відбувається суспензійним чи блоковим способом. Перевагою полістиролу загального призначення вважається несприйнятливість до лужних та кислотних речовин, а також приналежність до діелектриків. Недоліком є недостатня міцність. За допомогою екструзії виробляються два види будматеріалу:
- Рифлений плазгаль. Уявляє собою листи з поперечним перерізом 1,7-3 мм. Рельєф на поверхні забезпечує зміну напрямку руху сонячних променів, що знайшло своє застосування при виготовленні предметів інтер'єру в галузі світлотехніки.
- Гладкий плазгаль. Випускається у вигляді листів із відносно великою товщиною – 2-6 мм. Відрізняється стійкістю до низьких температур повітря, що досягає -40С, та здатністю розсіювати світло. До недоліків матеріалу відноситься його крихкість.
Ударостійкий
Полістирол даного виду одержують в результаті синтезу стиролу та синтетичного каучуку. Кількість доданого бутадієнового каучуку впливає на стійкість матеріалу до пошкоджень. Для виготовлення полімеру з середніми характеристиками міцності використовують 4,5% домішки в складі, а надудароміцний полістирол отримують при додаванні 10-15% каучуку. Продукт відрізняється низькою температурою плавлення та легкістю в обробці. Ударостійкий полімер безпечний для організму людини. Характеристики електропровідності та міцності матеріалу не відрізняються від звичайного полістиролу. Однак домішка каучуку у складі сильно знижує світлопроникність речовини.
Екструдований
Полістирол цього виду вважається найбільш міцним завдяки пористій ізольованій структурі. У процесі виробництва відбувається спінювання полістиролу з його подальшим формуванням у вигляді листів. Теплоізоляційні властивості екструдованого полістиролу дозволяють застосовувати матеріал для утеплення будівель із зовнішньої та внутрішньої сторони, влаштування теплозахисного шару покрівлі та підлоги, а також при зведенні фундаментів не тільки у вигляді теплоізолюючого шару, але і як незнімна опалубка.
Спінений полістирол нечутливий до грибків, а підвищена вологостійкість є перевагою матеріалу. Серед пластмас зі схожими властивостями виділяють пінополістирол та пінопласт. Екструдований полістирол виграє у стійкості до змін у навколишньому середовищі, пропускає до 90% сонячного світла, а також відрізняється підвищеним ступенем ущільнення.
Якщо порівнювати вищезгадані види полістиролу, то розглядають такі показники:
- щільність УПМ становить 1060 кг/м3, на другому місці ПС – 1050 кг/м3, третьому спінений полімер з 1040 кг/м3;
- напруга при згині для екструдованого полістиролу – 60-87 МПа, а двох інших видів перебуває у межах 50-60 МПа;
- напруга при стисканні однакова для ПС та УПМ і становить 80-100 МПа, спінений матеріал має значення 46-80 МПа;
- напруга при розтягуванні для екструдованого полімеру – 36-60 МПа, для УПМ – 27-56 МПа та для ПС – 35-40 МПа;
- подовження при розриві становить 1-3% для спіненого полістиролу, 1-2% – для УПМ та 1-1,5% – для ПС;
- по теплостійкості на першому місці екструдований матеріал з 85-90С, за ним іде УПМ з 65-80С та ПС з 60-70С;
- найнижчою ударною в'язкістю має ПС - 12-20 кДж/м2, на другому місці УПМ - 40-50 кДж/м2 і на третьому спінений полімер - 80-100 кДж/м2.
Способи виробництва
Від вибору способу виробництва залежать хімічні та фізичні властивості пластмаси.
Емульсійний
Суть методу полягає в очищенні стиролу на початковому етапі від речовин, які можуть гальмувати перебіг реакції. Далі додають двоокис водню та пероксидисульфат калію з метою створення полімеру. Мило та алкілсульфонати у складі суміші забезпечують утворення емульсії. Підвищення температури до 85-95 ° С стимулює хімічний процес, під час якого утворюється полімер. Про завершення реакції говорить зниження обсягу вінілбензолу рівня 0,5%.
Далі мікроскопічні частинки рідини під дією доданого хлориду натрію злипаються у великі частки і просушуються. У результаті полістирол має порошкоподібний вигляд із частинками, діаметр яких не перевищує 0,1 мм. Домішка лугу у складі полімеру забезпечує жовтуватий відтінок гранул. Домогтися прозорості матеріалу емульсійним способом неможливо. Даний метод вважається застарілим, тому практично не зустрічається під час виготовлення полістиролу.
Суспензійний
Виробництво полімеру цим способом передбачає використання етенілбензолу, що пройшов попередню підготовку та розчинення в рідині. Також до складу суміші додають полівініловий спирт, гідроксид магнію, поліметакрилат натрію та інші речовини, що сприяють утворенню полімеру. Далі складові ретельно перемішуються. Реакція полімеризації відбувається при підвищеному тиску та поступовому збільшенні температури до 130С. Далі суміш піддається впливу відцентрової сили у спеціальному пристрої. Завершальні етапи виробництва: полоскання та просушування. Суспензійний метод відноситься до застарілих. Його застосування виправдовує вторинна обробка полімеру, в результаті якої одержують пінополістирол.
Корисне відео
Блоковий
Суть методу полягає у змішуванні вінілбензолу з бензоловим середовищем до стану рівномірного розподілу частинок щодо один одного. Перемішування на початковому етапі відбувається за температури 90С, другий етап передбачає підвищення температури до 220С. Блокове формування завершують при залишковому значенні стиролу, який не перетворився на полістирол, на 15%. Подальше вакуумування позбавляє суміш неполімеризованого вінілбензолу.
На сьогоднішній день блоковий метод вважається найбільш затребуваним при виробництві полістиролу через отримання якісного матеріалу. Полімер має високу чистоту та міцність. Достоїнствами даного методу вважаються максимальна безвідходність та рентабельність виробничого процесу.
Переваги матеріалу
Хімічні та фізичні властивості полістиролу забезпечили конкурентоспроможність матеріалу серед подібних полімерів. До переваг термопласту відносяться:
- Хімічна стійкість до дії розведеними кислотами та речовинами, що містять спирт.
- Легкість оздоблювальних робіт. Полістирол легко піддається обробці, розпилу, фрезерувальних процесів, свердлінню отворів.
- Простота зміни модифікацій. Завдяки невеликій вазі та поперечному перерізу, можна склеювати листи матеріалу з використанням ультразвуку, термозварювання та полімерних складів.
- Вологостійкість та несприйнятливість до грибків.
- Екологічність використання.
- Стійкість до дії довкілля. Матеріал зберігає початковий вигляд протягом тривалого часу.
- Різноманітність колірних рішень із запропонованими прикладами спрощує вибір потрібного матеріалу.
До недоліків полістиролу можна віднести його вразливість до розчинників органічного походження та технічних олій, під впливом яких він швидко руйнується.
Низька вартість і великий асортимент продукції дозволяє заощадити кошти на купівлю будматеріалів, а також отримати якісний та естетичний результат.
Корисне відео
Відмінність полістиролу від пінопласту
Екструдований полістирол та пінопласт є спорідненими матеріалами. У процесі виробництва пар збільшує гранули матеріалу, які набрякають та з'єднуються. Нагрівання та продавлювання полімеру через екструдер утворюють пінополістирол, який практично не відрізняється від пінопласту за своїми хімічними властивостями. Основна відмінність – щільність підсумкового матеріалу.
Висновок
Низька вартість, висока екологічність, хороша звуко- та теплоізоляція, якими володіють полістирольні листи, забезпечують затребуваність матеріалу в сучасному будівництві. Якісний і довговічний полімер обійшов конкурентів у всіх сферах застосування, оскільки аналогічні матеріали програють у ціновій політиці або за експлуатаційними характеристиками.
