Экструдированный пенополистирол характеристики теплопроводность: Экструдированный пенополистирол XPS ТЕХНОНИКОЛЬ - ТЕХНОНИКОЛЬ - Стройматериалы в Иркутске

Пенопласт экструдированный: характеристики, толщина, плотность, теплопроводность

Современный строительный рынок сегодня просто переполнен множеством теплоизоляционных материалов. Они отличаются не только особенностями технологии изготовления, но и своими свойствами, а также назначением. Однако одним из самых популярных является пенопласт экструдированный, о котором и пойдет речь ниже. Его можно использовать не только для теплоизоляции, но и для защиты здания от внешних шумов. Для повышения эффективности можно укладывать материал в несколько слоев.

Описание

ЭП имеет уникальные теплоизоляционные качества, а по внешнему виду напоминает пенопласт, который применяется сегодня для утепления фасада. Технические характеристики значительно превышают показатели традиционного пенопласта. Он изготавливается из гранул полистирола, которые расплавляются под воздействием высокой температуры и образуют вязкое состояние. Под высоким давлением в камеру нагнетается углерод или фреон, каждый из которых является пенообразователем. Полученная масса выдавливается сквозь экструдер и образует определенную форму.

Для справки

Эта технология позволяет создавать пенопласт экструдированный, который обладает ячеистой замкнутой структурой и противостоит проникновению тепла и влаги. Он устойчив к агрессивным средам по типу щелочей и кислот, а использовать его можно при экстремально низких температурах, которые могут достигать -50 °С. Если же речь идет о максимально высокой температуре, то она удерживается на отметке +70 °С.

Толщина материала

Если вы решили приобрести пенопласт экструдированный, то должны знать о том, какова его толщина. У разных компаний этот параметр отличается, поэтому в продаже можно найти плиты, начиная от 20 мм и заканчивая 20 см. Это порождает вопрос о том, какую толщину выбрать для проведения тех или иных работ. Для этого следует знать, каково сопротивление теплопередаче материалов, из которых возведены объекты, нуждающиеся в утеплении.

Существуют установленные нормы и правила, которые указывают на номинальное сопротивление теплопередачи в определённых регионах. Например, в центре Москвы сопротивления стены составит 4,15 м²°C/Вт, тогда как для южных регионов этот показатель будет максимуму в 2,8 м²°C/Вт.

Как только вы определите норму региона, следует рассчитать сопротивление материала и отнять его от нормы. Полученное значение будет указывать на сопротивление пенополистирола. Если у вас будут результаты, то по таблице вы сможете определить нужную толщину теплоизоляции.

Плотность материала

Пенопласт экструдированный, плотность которого составляет показатели от 28 до 40 кг/м³, представлен маркой ПБС-С-40. Иногда изготовитель старается ввести покупателя в заблуждение, ведь на изготовление пенополистирола меньшей плотности уйдет меньше средств. Поэтому не следует ориентироваться только на число в названии марки, необходимо поинтересоваться техническими характеристиками, которые должны быть указаны в сертификатах.

Отлично будет, если вам расскажут, как именно изготавливается материал. Если плотность составляет 35 кг/м³, то это экструзия. Обычным способом можно добиться плотности, которая не превышает показатели в 17 кг/м³.

Теплопроводность ЭП

Экструдированный пенопласт, толщина которого была упомянута выше, должен выбираться потребителем не только исходя из этих данных, но и с учетом теплопроводности. Описываемый в статье утеплитель – это огромное количество пузырьков воздуха, которые отделяются тонкими оболочками из полистирола. В этом случае соотношение таково: 98 % воздуха и 2 % полистирола. В результате получается подобие твердой пены. Воздух заключен внутри пузырьков, благодаря этому материал удерживает тепло. Воздушная прослойка без движения является отличным теплоизолятором.

Если проводить сравнение с минеральной ватой, то коэффициент ее теплопроводности окажется выше. Он составит показатели от 0,028 до 0,034 Вт/(м·K). Чем более плотным будет пенопласт, тем больше значение коэффициента теплопроводности. Таким образом, для экструдированного пенопласта, плотность которого составляет 45 кг/м³, этот параметр равен 0,03 Вт/(м·K). При этом следует учитывать, что окружающая температура не должна быть выше +75 °С и ниже -50 °С.

Основные свойства

Экструдированный пенопласт, теплопроводность которого была упомянута выше, обладает определёнными свойствами, среди которых почти полное отсутствие водопоглощения и низкая теплопроводность. Даже если плиту полностью погрузить в воду на 10 суток, ячейки не будут пропускать влагу, так как они изолированы, заполняться будут лишь боковые открытые соты. О теплопроводности велась речь выше, следует еще упомянуть о том, что данный параметр намного меньше по сравнению с другими теплоизоляционными материалами. Пластичность тоже не столь высока, а вот хрупкость внушительна, особенно если проводить параллель с вспененным полистиролом.

Материал имеет способность пропускать свет, а его прочность на сжатие достаточно высока. Теплоизоляция не подвергается гниению и отличается высокой морозостойкостью. Пенопласт экструдированный свободно переносит воздействие:

кислот;
воды;
едких щелочей;
масел;
хлорной извести;
солевых растворов;
красителей;
спирта;
углеводорода;
цемента;
ацетилена;
парафина;
пропана;
бутана.

Нельзя не упомянуть еще и о безопасность для человека.

Технические характеристики

Экструдированный пенопласт, характеристики которого частично были упомянуты выше, обладает минимальным водопоглощением, которое изменяется в пределах от 0,2 до 0,4%. Вес достаточно мал и может варьироваться от 25 до 45 кг/м³. Среди недостатков можно выделить плохую паропроницаемость, которая в 5 раз ниже по сравнению с традиционным пенопластом. Это значение составляет 0,013 Мг/(м*ч*Па). Что повышает требования к вентиляционным системам дома, который будет утепляться экструзионным пенополистиролом.

Экструдированный пенопласт, технические характеристики которого будут интересны потребителю, имеет еще один недостаток, который выражен в высокой горючести. Материал относится к классу Г3-Г4, однако уже сегодня многие производители используют специальные добавки, которые позволили добиться почти негорючих характеристик. Поэтому данную теплоизоляцию иногда можно отнести к классам Г1 и В1.

Тем не менее если заглянуть в санитарные нормы и правила, то можно подчеркнуть, что экструзионные плиты, которые имеют высокую степень горючести, могут применяться в строительных конструкциях. Если же к зданию предъявляются повышенные требования пожарной безопасности, то следует использовать экструзионный пенополистирол, который относится к группе горючести Г3.

Заключение

Недавно вышел федеральный закон о горючих теплоизоляционных материалах, он содержит информацию по показателям токсичности продуктов горения. Для качественных пенополистиролов токсичность не превышает Т2, что говорит о том, что данная теплоизоляция является умеренно опасной. Этот показатель присущ материалам из дерева, например, паркету. Срок службы сопоставим со сроком эксплуатации здания, а у качественных производителей этот показатель достигает 40 лет.

Сравнение теплоизоляционных характеристик материалов для утепления

Чтобы выбрать самое эффективное утепление для дома, нужно выяснить, насколько хорош в теплоизоляции каждый из основных материалов, которые предлагаются на рынке. Сравним пенопласт, экструдированный пенополистирол и минеральную вату — что из них работает лучше.

Теплопроводность

Если обращать внимание только на коэффициент теплопроводности, показывающий сколько тепла пропускает метр материала в единицу времени, все три варианта одинаково хороши. Этот показатель у всех низкий, и составляет в среднем:

0,035-0,041 Вт/м*К для пенопласта, в зависимости от плотности;
0.035-0.039 Вт/м*К для экструдированного пенополистирола;
0.035-0.042 Вт/м*К для минеральной ваты разных видов.

То есть в теории различия между ними очень малы. Но на практике, как экструдированный, так и обычный пенопласт лучше удерживают тепло — с ними могут сравниться только плотные плиты базальтовой ваты. Взрыхленная минвата в рулонах просто за счет своей волокнистой структуры будет сильнее пропускать тепло, чем пенопласт, состоящий из массы закрытых ячеек, наполненных воздухом.

Влагопроницаемость

Способность материалов изолировать тепло, не давать ему уйти из жилища, очень сильно зависит от их устойчивости к влаге. Чем сильнее материал напитывается влагой, тем больше он начинает пропускать тепло и тем хуже защищает дом. А если утеплитель намокает и промерзает, его свойства еще сильнее ухудшаются, ведь у льда высокий коэффициент теплопроводности.

Как с влагопроницаемостью у нашей тройки утеплителей:

пенопласт практически не впитывает влагу — максимум до 3% массы, так как вода может лишь незначительно проникать между плотно прижатыми друг к другу гранулами;
водопоглощение ЭППС еще меньше — 0,3 – 0,4% от массы утеплителя;
плотная базальтовая вата в плитах поглощает до 2% влаги от собственной массы, а вот рулонная стекловата сильно напитывается влагой и теряет свои свойства.

В итоге, чаще всего, выбор останавливается на пенопластах — не зря ими утепляют даже цоколь, который постоянно соприкасается с водой.

Паропроницаемость

Еще одна важная характеристика утеплителя — «дышит» материал или нет. Паропроницаемость необходима, чтобы стены могли выводить наружу излишнюю влагу, чтобы избежать эффекта «термоса», образования грибков и плесени.

И вот в этом пункте различия между тремя альтернативами утепления проявляются во всей красе.

Пенопласт имеет небольшую, на уровне 0,019-0,015 кг/м*ч*Паскаль, но всё же, паропроницаемость: испарения со стороны стен уходят через швы и неровности его листов. Поэтому пар не накапливается и не конденсируется.
ЭППС имеет почти нулевую паропоницаемость, что ставит под вопрос другие его преимущества. При утеплении с помощью экструдированного пенополистирола нужно организовать дополнительную вентиляцию.

Минеральная вата имеет в 10-15 раз большую паропроницаемость, чем пенополистирол, то есть лучше всего испаряет воду. Но высокий показатель имеет свой минус: влага может конденсироваться, а вата — намокать и терять свои свойства. Из-за этого требуется прокладывание пароизоляции при монтаже утепления.

Итого, пока пальма первенства у обычного пенопласта.

Особенности монтажа

Как уже упоминалось, монтаж экструдированного полистирола требует обустройства дополнительной вентиляции, минеральная вата — паробарьера, а пенопласт не предъявляет никаких специфических требований, кроме грамотного монтажа.

Если сравнивать пенопласты и базальтовую вату в плитах, вата выигрывает за счет очень малых стыков, через которые не будет уходить холод. Но если речь о рулонной стекловате, со временем из-за расслаивания и намокания она будет создавать больше мостиков холода.

Что касается отделки, в этом плане снова выигрывает обычный пенопласт: его поверхность лучше, чем ЭППС, поддается штукатурке и другим видам финиша, включая поклейку клинкерной плитки.

Горючесть

По пожаробезопасности номером один считается минеральная вата, так как она попросту не горит. А обычный и экструдированный пенополистирол — это горючие материалы.

Но для утепления используют пенопласт с добавками антипиренов, имеющий класс Г1-Г2 и самостоятельно поддерживающий горение не более 4 секунд. И, на самом деле, не всякая минвата не поддерживает горение: некоторые виды ваты также относятся к самозатухающим Г1-Г2.

Экологичность и долговечность

Хотя сегодня стройматериалы поддаются более жесткому контролю и производятся по более щадящим экологию технологиям, и пенопласты, и некоторые виды минеральной ваты несколько лет могут испарять малополезные вещества. Но это создает проблему при использовании внутри помещений, а не при наружном утеплении.

Что касается долговечности, всем материалам приписывают срок службы около 15 лет. Но, при правильном монтаже и защите от солнечных лучей плотным декоративным слоем наподобие клинкерной плитки, пенопласт может эксплуатироваться десятилетиями.

Стоимость

Самые дорогие утеплители из тройки — ЭППС и базальтовая вата, обычная минеральная вата и пенопласт стоят дешевле, и их цены примерно на одном уровне.

Выводы

На поверку, самые оптимальные характеристики для утепления оказались у пенопласта. При аналогичных теплоизоляционных свойствах, хорошей влагостойкости и паропроницаемости, а также более простом монтаже, он еще и стоит дешевле своих «конкурентов».

С его помощью можно утеплить фасады из любого материала: от дерева до газосиликатного блока. И при этом для теплоизоляции будет достаточно тонкого слоя пенопласта. Но, конечно, речь идет о пенопласте высокой плотности, созданном по ГОСТу и имеющем в составе добавки, препятствующие горению.

Поэтому компания «ТЕРМОДОМ» выбрала для производства своих термопанелей именно пенопласт, и для контроля его качества изготавливает материал на собственном оборудовании. А готовая отделка клинкерной плиткой позволяет защитить его от воздействия окружающей среды, обеспечить долговечность и упростить монтаж.

коэффициент теплопроводности сравнение и характеристики

Пенопласт является современным материалом, который используют для теплоизоляции жилой площади как снаружи, так и внутри. Обусловлено это его экологичностью, низкой гигроскопичностью, бюджетной ценой. Также при выборе учитывают и теплопроводность пенопласта. Именно об этом параметре поговорим в сегодняшней статье.

Большие листы пенопласта для утепления фасада домаИсточник drive2.ru

Что такое пенопласт и его эксплуатационные характеристики

Пенопласт или, как его называют, пенополистирол представляет собой плиты, которые могут быть разными по толщине. Основной этого сырья является именно вспененный полимер. Внутри материала в гранулах и между ними имеется воздух, который и обеспечивает теплопроводность утеплителя. Состоит пенопласт на 95-98% из специфического газа, который, собственно, и удерживает тепло.

Вспененный полистирол с низким показателем теплопроводностиИсточник avexpro.ru

За счет того, что в средних слоях сырья имеется достаточно воздуха, пенополистирол имеет минимальную плотность, отличается небольшим удельным весом. Также внутренняя воздушная прослойка обеспечивает неплохую звукоизоляцию.

Готовая плотность и прочие характеристики теплоизоляционного материала зависят от самого полимера и процессов, которые были использованы во время изготовления материала. В результате применения разных условий на этапе производства может получиться пенопласт неодинаковой плотности и различной степени устойчивости к механическому воздействию.

Таблица значений теплопроводности для разных материаловИсточник otoplenie-gid.

ru
Коэффициент теплопроводности – как утеплить дом и сэкономить

Основные характеристики теплопроводности пенопласта

Прежде чем узнать, какой будет теплопроводность пенополистирола, нужно разобраться, что из себя представляет этот параметр.

Теплопроводность — количественная характеристика пенопласта (или любого другого материала), которая оценивает способность конкретного тела проводить тепло. Единица изменения этого параметра — Вт/ мС. В этом случае каждое обозначение характеризуется таким образом:

Ватт —количество тепловой энергии;
Метр —расстояние проведения тепла через себя;
С — определенная температура за определенное время.

Предлагаем рассмотреть на примере, что представляет собой теплопроводность. Предположим, у нас есть лист пенопласта марки ПСБ-С 50. Его плотность — 50 кг/м3. Параметр передачи тепла этого сырья установлен заводом. Исходя из этого можно определить, что теплопроводность пенопласта 50 мм составляет 0,041 Вт/мС. Нужно отметить, что такой показатель будет только при условии воздействия температуры, не превышающей 20-30 градусов.

На заметку! Хорошо заметить параметр проникновения тепла у пенопласта можно только при сопоставлении его значений со значениями других теплоизоляционных материалов.

Сравнение теплопроводности пенопласта с другими материалами

Очевидно, что при изменении толщины пенополистирола марки ПСБ показатель теплопроводности варьируется в диапазоне — 0,037-0,043 Вт/мС. Например, если его сравнить с таким сырьем, как минеральная вата, то различия по показателям будут не существенные.

Также для определения оптимального параметра учитыват не только листовые теплоизоляторы с различным наполнителем, но еще и строительные материалы, использованные для возведения стен сооружения.

Красный кирпич не зря так часто используют в кладке стен дома. Это связывают с тем, что он имеет достаточно высокий уровень теплоотдачи 0,7 Вт/мС. Это почти в 19 раз больше, чем у вспененного пенополистирола. То есть, чтобы обойтись без теплоизолятора, необходимо возводить стену толщиной не менее 80-85 см. В случае с силикатным кирпичом потребуется выстраивать метровые несущие конструкции.

Древесный массив тоже часто используют для строительства домов. Он конкурирует с пенопластом немного лучше, чем красный кирпич. Теплопроводность древесины составляет 0,12 Вт/мС. Оказывается, это в три раза больше, чем у пенополистирола. Получается, если возводить стену из древесного массива, тогда понадобится сруб толщиной до 23 см, чтобы показатель теплопроводности оказался эквивалентен ПСБ с толщиной 5 см.

Пенопласт или пеноплекс: что выбрать, у какого материала лучше характеристики

Важно! Характеристика передачи тепла у деревянной стены может варьироваться в зависимости от способа ее возведения и качества леса.

Сравнение стирола с пеноплексом

Пенопласт и пеноплекс — сравнительно одинаковые материалы, изготовленные с применением одних и тех же гранул. Единственное различие — технология склеивания, которая и дает неожиданные результаты при сравнении показателей.

Дело в том, что во время производства пеноплекса шарики стирола обрабатываются под давлением с приданием высокой температуры. В итоге получается пластичная масса, которая в застывшем виде является однородной и прочной. Пузырьки воздуха, которые остались внутри, равномерно распределяются по всей части плиты.

При формировании пенопласта, предварительно загруженный в форму материал просто обдается паром. В результате он получает структуру «попкорна», а связи, как следствие, между рыхлыми гранулами в разы слабее.

На основании этого можно отметить, что теплопроводность экструдированного пенополистирола лучше и соответствует показателю 0,028-0,034 Вт/мС. Таким образом, нужно будет всего 30 мм этого материала для замены 40 мм обычного пенопласта.

Структура пеноплекса отличается от пенопластаИсточник pgsstore.ru

Важно! На случай, когда нет необходимости в высокой прочности утепленной стены, тогда можно смело отдавать предпочтение бюджетному пенопласту. Правда предварительно следует определиться с оптимальной его толщиной в зависимости от климатических факторов и условий эксплуатации.

Пенопласт или минвата: что лучше для утепления дома – сравниваем характеристики

Особенности выбора листов пенопласта для утепления

В первую очередь, когда покупаете пенопласт, ориентируйтесь на сертификат качества. От него полностью зависит будет ли показатель теплопроводности соответствовать реальному значению, о котором мы говорили выше.

Бывает, когда производитель изготавливает продукт с использованием ГОСТа и собственного ТУ. В подобных ситуациях технические характеристики, в том числе и показатель теплопередачи может различаться.

Выбор оптиммальной толщины пенопластаИсточник lazurit64.ru

Поэтому, чтобы купленный материал эксплуатировался с ожидаемым эффектом, нужно в магазине попросить продавца предоставить документ, подтверждающий технические характеристики материала именно той марки, которую вы выбрали.

Обратите внимание! Соответствие документа типу пенополистирола можно найти по специальным символам, которые обычно печатаются на боковой стороне каждого листа материала.

Как химический состав может повлиять на теплопроводность

Производитель может уверять, что пенопласт имеет стойкость к воспламенению. Но некоторый коэффициент возгорания у этого сырья все-таки имеется. Соответственно, выбирая материал нужно учитывать такой параметр, как самозатухание.

Пенопласт с индексом «С» имеет теплопроводность значительно выше, чем марки пенополистирола с обычными маркировками.

Почему важно помнить о паропроницаемости

Когда принято решение использовать пенопласт в качестве утеплителя для стен собственного дома, целесообразно вспомнить о паропроницаемости этого материала. Чем этот показатель ниже, тем лучше для эксплуатации теплоизолятора.

Дело в том, что многие утеплители не противостоят проникновению пара. Со временем он превращается во влагу и откладывается в слоях материала. Последний от этого портится и теряет свои качественные характеристики. Страдает и теплопроводность: пенопласт начинает пропускать тепловую энергию через себя и отдавать ее улице.

Пенопласт или пеноплекс: что лучше выбрать для утепления

Особенности применения и числа в маркировке

Утеплитель из пенопласта может использоваться для комнатных и уличных условий. Это можно определить по коэффициенту теплопроводности. Например, если в названии продукта присутствует число «15», то такие листы подходят для наклеивания на вертикальные конструкции внутри помещений. Толщина этого сырья незначительная, соответственно не будет использовать полезное пространство.

Низкотеплопроводный пенопласт для уличных условийИсточник 27del.ru

Также встречается коэффициент с числом «25» это более качественный утеплитель, применяемый только для теплоизоляции стен с наружной стороны дома. Также его часто используют в условиях чердачных или подвальных помещений, где необходим усиленный уровень теплоизоляции. Пенополистиролом с таким коэффициентом можно утеплять межэтажные перекрытия, кровельные скаты в этажных многоквартирных домах и частном секторе.

Наиболее низкое значение теплопроводности имеют пенопласты, которые в маркировке имеют число «35». Такими материалами стараются утеплять заглубленные фундаменты, взлетно-посадочные полосы, автомобильные дороги и другие капитальные сооружения промышленного характера. Для дома такие плиты утеплителей использовать нерационально.

Тест утеплителей. ППС,ЭППС, Минвата. Сравнение теплосберегающих свойств популярных утеплителей.

Заключение

Теплопроводность пенопласта от 50 мм толщиной и более может различаться за счет того, каким способом он изготовлен. Поэтому точно удостовериться в этом показателе можно только прочитав комплектующий документ, который идет к продукту. Нужно понимать, что только стандартизированный утеплитель будет соответствовать всем предусмотренным для него эксплуатационным характеристикам.

Экструдированный пенополистирол (ЭППС)

Мы предлагаем экструдированный пенополистирол от лучших отечественных производителей:

Экструдированный пенополистирол

Пеноплекс

Экструдированный пенополистирол Carbon Eco

Кроме того у нас Вы сможете купить качественный экструдированный пенополистирол (ЭППС):

Пеноплекс;
Техноплекс,
Европлекс,
URSA XPS,
Технониколь,
RAVATERM

в Воронеже по низким ценам.

Применение

Экструдированый пенополистирол (ЭППС) является качественным теплоизоляционным материалом и широко применяется для теплоизоляции:

фундаментов и цоколей,
слоистой кладки и штукатурного фасада,
кровли,
полов.

Кроме того, экструдированный (экструзионный) пенополистирол используется в строительстве

автомобильных дорог и ж/д путей для снижения риска промерзания грунтов земляного полотна и так называемого «морозного пучения грунта». ЭППС применяется для теплоизоляции спортивных площадок, холодильных установок и ледовых арен.

Материал, подобно пенопласту, состоит из пенополистирола, однако имеет другую технологию синтеза гранул. Обычный пенопласт производится методом «пропаривания» микрогранул водяным паром, что приводит к их гиперувеличению и заполненению пеной пенополистирола всей формы. А экструдированный пенополистирол изготавливается путем экструзии.

Характеристики

Экструдированный пенополистирол производят методом смешивания гранул полистирола при высокой температуре и давлении с добавлением вспенивающего агента с дальнейшим выдавливанием из экструдера. Качественный экструзионный пенополистирол имеет равномерную, закрытопористую структуру и ячейки диаметром до 0,2 мм.

Особый тип материала, который имеет плотность 38..45 кг/м³ и обладает повышенной прочностью на сжатие, используется при строительстве взлетных полос, автомобильных и железных дорог. Повышенная прочность экструдированнога пенополистирола — это главное преимуществ, позволяющее применять его не только в качестве утеплителя, но и для строительства вспомогательных и несущих конструкций.

Экструдированный пенополистирол имеет:

низкую теплопроводность (0,029-0,034),
минимальное водопоглощение (0,2-0,4%),
низкую удельную массу (25..45 кг/м³).

По характеристикам теплоизоляции и легкости экструзионный пенополистирол превосходит обычный пенополистирол малой плотности (40 кг на м3), имеющий теплопроводность 0.038 Вт/(м*С).

Однако при использовании экструдированного пенополистирола стоит иметь в виду, что его паропроницаемость в 5 раз ниже по сравнению с пенопластом. Поэтому при теплоизоляции дома этим материалом, стоит повысить требования к системе вентиляции здания.

Группа пенополистирола BPF

EPS-приложения
Для применения в строительстве свойства пенополистирола определяются в соответствии с набором гармонизированных европейских стандартов или BS EN. BS EN 13163 является базовым стандартом для EPS (см. ниже) www. bsi-global.co.uk
Низкая, стабильная теплопроводность пенополистирола является причиной его важного использования для снижения выбросов двуокиси углерода (CO ₂ ) в наших зданиях.Это жизненно важное свойство заявлено как значение 90/90, определенное в BS EN 13163 для представления 90% производства со статистической достоверностью 90%.
Другие свойства, например прочность на сжатие или прочность на растяжение, могут быть заявлены на различных уровнях независимо друг от друга. Однако на самом деле количество стандартных продуктов относительно невелико, и типичный диапазон свойств показан в таблице ниже:
Типичные свойства белого EPS
Механические свойства
Напряжение сжатия при сжатии 10 % (кПа)
EPS 70 70
EPS 100 100
EPS 150 150
EPS 200 200
EPS 250 250
Напряжение сжатия при деформации 1 % (кПа)
EPS 70 20
EPS 100 45
EPS 150 70
EPS 200 90
EPS 250 100
Прочность на изгиб (кПа)
EPS 70 115
EPS 100 150
EPS 150 200
EPS 200 250
EPS 250 350
Влагостойкость
Удельное сопротивление паров (МН·с/г)
EPS 70 145
EPS 100 200
EPS 150 238
EPS 200 238
EPS 250 338
Тепловые свойства
Теплопроводность (λ) (Вт/мК при 10°C)
EPS 70 0. 038
EPS 100 0,036
EPS 150 0,035
EPS 200 0,034
EPS 250 0,034
В таблице приведены типичные свойства традиционного белого пенополистирола. Подробное объяснение всех свойств можно найти в Белой книге, опубликованной в Интернете по адресу www.eumeps.org
.
В последние годы были проведены разработки по внедрению продукта серого цвета, преимуществом которого является более низкая теплопроводность, обеспечивающая 20-процентное улучшение термостойкости.
Теплопроводность 0,030 Вт/мК может быть достигнута для EPS 70 или 100.
Стандарты
BS EN 13163:2008
Теплоизоляционные материалы для зданий. Изделия заводского изготовления из пенополистирола (EPS). Спецификация
BS EN 13499:2003
Теплоизоляционные материалы для зданий. Композитные системы наружного утепления (ETICS) на основе пенополистирола. Спецификация
BS EN 14933:2007
Теплоизоляционные и легкие наполнители для применения в гражданском строительстве. Изделия заводского изготовления из пенополистирола (EPS). Спецификация
BS EN 13172:2008
Изделия теплоизоляционные. Оценка соответствия
BS 6203
Руководство по пожарным характеристикам и огнестойкости материалов из пенополистирола (EPS и XPS), используемых в строительстве
Свойства и характеристики пенополистирола (EPS)
Пенополистирол (EPS) технически определяется как:
«Ячеистая и жесткая пластмасса, изготовленная методом формования гранул вспенивающегося полистирола или одного из их сополимеров, имеющая закрытую, наполненную воздухом ячеистую структуру».
Аббревиатура EPS происходит от английского вспененного полистирола. Этот материал также известен как Telgopor или White Cork.
История
В 1831 году из коры дерева впервые был выделен бесцветный стирол. Сегодня его в основном получают из нефти.
Полистирол
был впервые синтезирован на промышленном уровне в 1930 году. К концу 1950-х годов фирма BASF (Германия) по инициативе доктора Ф. Торговая марка Стиропор.В том же году он был использован в качестве изолятора в конструкции того же завода BASF, где было сделано открытие. Спустя 45 лет перед писцами и техниками из разных европейских институтов часть этого материала была поднята и подвергнута всевозможным испытаниям и проверкам. Вывод состоял в том, что материал после 45 лет использования сохранил все свои свойства нетронутыми.
Свойства и характеристики пенополистирола
Плотность
Изделия и изделия, отделанные пенополистиролом, отличаются необычайной легкостью, но прочностью.В зависимости от области применения плотность варьируется от 10 кг/м3 до 35 кг/м3.
Цвет
Естественный цвет пенополистирола белый, это обусловлено преломлением света.
Механическая прочность
Плотность материала тесно связана со свойствами механической прочности. На приведенных ниже графиках показаны достигнутые значения этих свойств в зависимости от кажущейся плотности пенополистирольных материалов.
Теплоизоляция
Изделия и материалы из пенополистирола обладают прекрасными теплоизоляционными свойствами.На самом деле, многие из его применений напрямую связаны с этим свойством: например, когда он используется в качестве изоляционного материала различных ограждений зданий или в области упаковки и упаковки свежих продуктов и скоропортящихся продуктов, таких как, например, ящики с рыбой.
Такая хорошая теплоизоляционная способность обусловлена самой структурой материала, состоящей в основном из воздуха, заключенного в ячеистую структуру из полистирола. Приблизительно 98% объема материала составляет воздух и только 2% — твердое вещество (полистирол), воздух в состоянии покоя является отличным теплоизолятором.
Теплоизоляционная способность материала определяется его коэффициентом теплопроводности, чем в случае с изделиями из пенополистирола изменяется, как и механические свойства, с кажущейся плотностью.
Поведение воды и водяного пара.
Пенополистирол не гигроскопичен, в отличие от других материалов в области изоляции и упаковки. Даже при полном погружении материала в воду уровни абсорбции минимальны и составляют от 1% до 3% по объему (испытание погружением через 28 дней).
В противоположность тому, что происходит с водой в жидком состоянии, водяной пар может диффундировать внутрь ячеистой структуры пенополистирола, когда между обеими сторонами материала устанавливается градиент давления и температуры.
Размерная стабильность.
Изделия из пенополистирола
, как и все материалы, подвержены изменению размеров из-за термического воздействия. Эти изменения оцениваются с помощью коэффициента теплового расширения, который для продуктов из пенополистирола не зависит от плотности и находится в диапазоне значений 5-7 x 10 -5 K -1 , то есть между 0 .05 и 0,07 мм. на метр в длину и по шкале Кельвина.
Например, теплоизоляционная плита из пенополистирола длиной 2 метра, подвергнутая термическому скачку на 20°С, испытает изменение длины от 2 до 2,8 мм.
Устойчивость к температуре.
В дополнение к явлениям изменения размеров из-за влияния изменения температуры, описанным выше, пенополистирол может подвергаться изменениям или изменениям из-за эффекта теплового воздействия.
Температурный диапазон, в котором этот материал можно безопасно использовать без ухудшения его свойств, не имеет ограничений в нижней части (за исключением изменений размеров при усадке). Что касается верхнего предела, предельная температура использования составляет около 100 ° C для кратковременного действия и около 80 ° C для непрерывного действия и при нагрузке на материал 20 кПа.
Поведение против атмосферных факторов.
Ультрафиолетовое излучение является практически единственным важным фактором.При длительном воздействии УФ-света поверхность пенополистирола становится желтоватой и хрупкой, так что дождь и ветер могут ее выветрить. Этих эффектов можно избежать простыми мерами в строительных работах с красками, покрытиями и покрытиями.
Этот контент был первоначально опубликован Textos Científicos по следующему адресу: https://www.textoscientificos.com/polimeros/poliestireno-expandido. Если вы думаете использовать его, укажите источник и ссылку на исходную заметку, из которой вы взяли этот контент. TextosCientificos.com
Тепловые свойства изоляционных материалов
Кровля: как достичь R3.7?
Минимальное значение Total R для крыши в климатической зоне 7 составляет R3.7 . Следующие конструкции достигают R3,7 (включая эффект теплового моста) и более:
Скатная металлическая крыша и плоский потолок с отделкой из гипсокартона толщиной 10 мм:
Объемная изоляция между деревянными балками 90×45@900 c/c: R4.0 (R3.0 с отражающей изоляцией)
Объемная изоляция между деревянными балками 90×45@600 c/c: R4.5 (R3.5 с отражающей изоляцией)
Объемная изоляция между 140×35@900 c /c деревянные балки: R3. 5 (R3.0 с отражающей изоляцией)
Объемная изоляция между 140×35@600 c/c деревянными балками: R4.0 (R3.0 с отражающей изоляцией)

Скатная металлическая крыша и сводчатый потолок с отделкой из гипсокартона толщиной 10 мм:
Объемная изоляция между деревянными стропилами 140×35@600 c/c: R4.0 (R3.5 с отражающей изоляцией)
Объемная изоляция между деревянными стропилами 140×35@450 c/c: R4.0 (R3.5 с отражающей изоляцией)
Объемная изоляция между 190×45@600 c/c деревянные стропила: R4.0 (R3.5 с отражающей изоляцией)
Объемная изоляция между 190×45@450 c/c деревянными стропилами: R4.0 (R3.5 с отражающей изоляцией)
Объемная изоляция между 203x79x1. Металлические стропила 9@1200 c/c: R5.0 + отражающая изоляция + терморазрыв R0.2

Плоская металлическая крыша и плоский потолок с отделкой из гипсокартона толщиной 10 мм:
Объемная изоляция между деревянными стропилами 140×35@600 c/c: R4. 0 (R3.5 с отражающей изоляцией)
Объемная изоляция между деревянными стропилами 140×35@450 c/c: R4.0 (R3.5 с отражающей изоляцией)
Объемная изоляция между 190×45@600 c/c деревянные стропила: R4.0 (R3.5 с отражающей изоляцией)
Объемная изоляция между 190×45@450 c/c деревянными стропилами: R4.0 (R3.5 с отражающей изоляцией)
Объемная изоляция между 203x79x1. Металлические стропила 9@1200 c/c: R5.0 + отражающая изоляция + терморазрыв R0.25

Плоская бетонная крыша и плоский потолок с отделкой из гипсокартона толщиной 10 мм:
Жесткая изоляция, непосредственно прикрепленная к бетонной крыше толщиной 100 мм: R3.5
Стена: как получить R1.4?
Минимальное общее значение R стены в климатической зоне 2-8 для строительных классов 5-9b составляет R1.4 . Следующие конструкции достигают R1,4 (включая эффект теплового моста) и более:
Наружные стены с металлической обшивкой и отделкой из гипсокартона толщиной 10 мм:
Объемная изоляция между деревянными стойками 90×45@450 мм: R1. 2
Объемная изоляция между 92×33.5×0,75×600 мм х/б металлических каркасов: R1,5 + 0,2 терморазрыва
Объемная изоляция между 92×33,5×0,75×600 мм х/б металлическими каркасами: R1,5 + отражающая изоляция (внутренняя)
Наружные каркасные стены с фиброцементным листом толщиной 9 мм и отделкой из гипсокартона толщиной 10 мм:
Объемная изоляция между 90×45@450 мм ц/б деревянными стойками: R1.2
Объемная изоляция между 92×33,5×0,75@600 мм ц/б металлическими каркасами : R1,5 + 0,2 терморазрыва
Объемная изоляция между 92×33.5×0,75@600 мм металлический каркас из х/к: Двойная отражающая изоляция + терморазрыв R0,2
Наружные стены из облицовочного кирпича (110 м) и отделка из гипсокартона толщиной 10 мм:
Объемная изоляция между 90×45@450 мм ц/б деревянными стойками: R1.0
Объемная изоляция между 92×33,5×0,75@600 мм ц/б металлическими каркасами: Терморазрыв R1,5 + 0,2

Наружные кирпичные полые стены (2×110 мм):
Полость >25 мм: R1. 0 Жесткая плита с закрытыми порами
Полость >40 мм: R1.0 вдуваемая изоляция
Наружная бетонная стена (100 мм):
Объемная изоляция между деревянными стойками 70×45@450 мм: R1,2 (+10 мм гипсокартон)
Жесткая изоляция, прикрепленная к внешней стороне: R1,2 (без внутренней отделки)
Стена: как получить R2.8?
Минимальное значение общей теплопроводности стены в климатических зонах 4,6 и 7 для строительных классов 3, 9a и 9c (район палаты) составляет R2.8 . Следующие конструкции достигают R2,8 (включая эффект теплового моста) и более:
Внешние стены с каркасными стойками и отделка из гипсокартона толщиной 10 мм:
Объемная изоляция между деревянными стойками 90×45@450 мм: R2,7 + отражающая изоляция (внутренний e=0,05 + распорка 20 мм)
Объемная изоляция между 92×33,5× 0,75@600 мм c/c металлический каркас: R2,7 + терморазрыв R0,5 + отражающая изоляция (внешний e=0,2)

Внешние кирпичные полые стены (2×110 мм):
Полость >25 мм: невозможно достичь, требуется решение для повышения производительности.
Полость >40 мм: невозможно достичь, требуется решение для повышения производительности.
Наружная бетонная стена (100 мм):
Объемная изоляция между деревянными стойками 90×45@450 мм: R2,7 + R0,2 терморазрывы + отражающая изоляция (внутренний e=0,05)
Объемная изоляция между деревянными стойками 90×45@600 мм шпильки: R2.7 + терморазрыв R0.4 (+гипсокартон 10 мм)
Объемная изоляция между металлическими каркасами 92×33.5×0.75@600 мм: R2.7 + терморазрыв R0.5 + отражающая изоляция (внутренний e=0 .05)
Жесткая изоляция с наружной стороны: R2.6 (без внутренней отделки)

Изолированная бетонная форма (ICF):
150-мм бетон, зажатый между изоляцией из пенополистирола (2×50 мм) + 5-мм штукатурка (снаружи) и 10-мм гипсокартон (внутри)
Стена: как получить R3.3?
Минимальное общее значение R стены в климатических зонах 1 и 3 для строительных классов 3, 9a и 9c (район района) составляет R3. 3 . Следующие конструкции достигают R3.3 (включая эффект теплового моста) и более:
Внешние стены с каркасными стойками и отделка из гипсокартона толщиной 10 мм:
Объемная изоляция между деревянными каркасами 90×45@450 мм из х/б профилей: невозможно достичь, требуется эффективное решение.
Объемная изоляция между металлическими каркасами размером 92×33,5×0,75@600 мм c/c: невозможно достичь, требуется эффективное решение.

Внешние кирпичные полые стены (2×110 мм):
Полость >25 мм: невозможно достичь, требуется решение для повышения производительности.
Полость >40 мм: невозможно достичь, требуется решение для повышения производительности.
Внешняя бетонная стена (100 мм):
Объемная изоляция между деревянными стойками 90×45@450 мм: невозможно достичь, требуется эффективное решение.
Объемная изоляция между деревянными стойками 90×45@600 мм: Терморазрывы R2,7 + R0,5 (+10 мм гипсокартон) + отражающая изоляция (внутренний e=0,05)
Объемная изоляция между металлом 92×33,5×0,75@600 мм кадры: невозможно достичь, требуется решение для повышения производительности.
Жесткая изоляция с наружной стороны: R3.2 (без внутренней отделки)

Структурная теплоизоляционная панель (SIP):
Панель толщиной 150 мм.
Сравнение характеристик теплоизоляционных пенопластов на биологической основе с пенопластами на нефтяной основе на рынке :: BioResources
Йылдырым, Н. (2018). «Сравнение характеристик теплоизоляционных пенопластов на биологической основе с пенопластами на нефтяной основе, представленными на рынке», BioRes. 13(2), 3395-3403.
Abstract
Описан процесс разработки пенопласта на биологической основе с использованием современной технологии литейного замораживания. Теплоизоляционная пенопластовая плита на биологической основе была произведена из водных суспензий целлюлозных наноматериалов (ЦН) на основе древесины. Его рабочие характеристики сравнивались с текущими продуктами на рынке: Foamular® 150 (F150), изоляцией с квадратными краями марки Styrofoam™ (SF) и GreenGuard® XPS (GG). Плотность пенопласта на биологической основе равнялась 0.1 г/см3 с коэффициентом вариации (КВ) 8,16%, что выше плотности F150 (0,03 г/см3 при КВ 0,35%), плотности СФ (0,04 г/см3 при КВ 3,79%) и плотности GG (0,04). г/см3 при КВ 0,03 %). Значение изоляции (значение R) было определено как 3,14 (1,47% CV) для теплоизоляционной пенопластовой плиты на биологической основе, 4,37 (0,39%) для F150, 4,43 (0,39%) для GG и 5,59 (1,55%) для SF. . Механические характеристики теплоизоляционной пенопластовой плиты на биологической основе были ниже, чем у существующих на рынке продуктов, поэтому перед потенциальной коммерциализацией требуется дальнейшее усовершенствование.Тем не менее, будучи одним из первых доступных в настоящее время теплоизоляционных пенопластов с наноцеллюлозой, он по-прежнему имеет большой потенциал для использования в строительных системах.
Загрузить PDF
Полный текст статьи
Сравнение характеристик теплоизоляционных пенопластов на биологической основе и пенопластов на нефтяной основе, представленных на рынке
Надир Йылдырым *
Описан процесс разработки плит из пенопласта на биологической основе с использованием современной технологии замораживания. Теплоизоляционная пенопластовая плита на биологической основе была произведена из водных суспензий целлюлозных наноматериалов (ЦН) на основе древесины. Его рабочие характеристики сравнивались с текущими продуктами на рынке: Foamular® 150 (F150), изоляцией с квадратными краями марки Styrofoam™ (SF) и GreenGuard® XPS (GG). Плотность пенопласта на биологической основе составляла 0,1 г/см ³ с коэффициентом вариации (CV) 8,16 %, что было выше, чем плотность F150 (0,03 г/см ³ с коэффициентом вариации 0,35 %), плотность SF (0,35 % CV) .04 г/см ³ с КВ 3,79 %) и плотность GG (0,04 г/см ³ с КВ 0,03 %). Значение изоляции (значение R) было определено как 3,14 (1,47% CV) для теплоизоляционной пенопластовой плиты на биологической основе, 4,37 (0,39%) для F150, 4,43 (0,39%) для GG и 5,59 (1,55%) для SF. . Механические характеристики теплоизоляционной пенопластовой плиты на биологической основе были ниже, чем у существующих на рынке продуктов, поэтому перед потенциальной коммерциализацией требуется дальнейшее усовершенствование. Тем не менее, будучи одним из первых доступных в настоящее время теплоизоляционных пенопластов с наноцеллюлозой, он по-прежнему имеет большой потенциал для использования в строительных системах.
Ключевые слова: Строительный материал; наноцеллюлоза; на биологической основе; Пенопластовая панель; Теплоизоляция; Механические характеристики
Контактная информация: Доцент-исследователь, Технический университет Бурсы, Бурса, Турция;
* Автор, ответственный за переписку: [email protected]
ВВЕДЕНИЕ
Экологические, экономические и политические последствия производства и использования энергии вызывают серьезную озабоченность.Одним из наиболее известных видов использования энергии является отопление и охлаждение зданий. Таким образом, строительные компании постоянно ищут способы улучшить теплоизоляционные характеристики ограждающих конструкций. Однако изоляционные плиты из жесткого пенопласта, широко используемые сегодня, производятся из химикатов на нефтяной основе (Cervin и др. , 2013 г.), которые выделяют большое количество углерода во время производства. Материалы также не подлежат повторному использованию или переработке.
С 2008 по 2013 год рынок изоляции значительно увеличился, и, по прогнозам, мировой спрос на изоляцию составит почти 26 миллиардов квадратных метров значения R-1 (удельное тепловое сопротивление) в 2020 году (The World Insulation Market 2016).Это отражает впечатляющий рост активности в сфере строительства зданий. Прогнозируется, что только в сегментах жилищного строительства в Северной Америке спрос будет расти более чем на 5% в год (The Smart Market Report, World Green Building Trends 2016).
Полистирол
составляет примерно 8% мирового рынка изоляции (The World Insulation Market 2016). Рынок изоляции хорошо зарекомендовал себя и за последние 50 лет стал домом для множества инноваций по мере разработки новых материалов. Улучшения варьировались от разработки усовершенствованных бумажных изоляционных материалов до изобретения новых пенопластовых плит. Теплоизоляционные пенопластовые плиты на биологической основе, разработанные в этом исследовании, предлагают прямую замену жестким теплоизоляционным продуктам на нефтяной основе, которые в настоящее время составляют большую часть рынка жестких изоляционных плит. Данные Министерства энергетики США (DOE; US DOE 2017) по основным конкурентным продуктам представлены в таблице 1.
Таблица 1. Основные конкурентные продукты на рынке
В дополнение к этим продуктам на нефтяной основе (Таблица 1) было проведено множество исследований, посвященных разработке жестких и гибких экологически чистых изоляционных материалов.Исследователи сосредоточились на разработке гибких пенополиуретанов с использованием остатков лигниноподобных отходов, полученных из Arundo donax L. (Bernardini и др. 2017). Они успешно произвели пенопласты A. donax на основе остатков с открытыми порами. Кроме того, на рынке существуют изоляционные материалы на основе пробки. Исследователи сравнили цены и характеристики продуктов на основе пробки (Corecork NL10, Corecork NL20, Divinycell H60) и показали, что пена Divinycell H60, которая является наименее дорогой, также имеет самые низкие механические характеристики (Urbaniak et al. 2017). Тонди и др. (2016 г.) производил лигниновые пены различной плотности в качестве альтернативы традиционным изоляционным материалам (Tondi и др. 2016 г.). Эти исследования показывают большой интерес к экологичным теплоизоляционным продуктам для использования в строительных системах.
В ходе этого исследования были разработаны, охарактеризованы, оценены и сравнены пенопластовые плиты на биологической основе для теплоизоляции с имеющимися в настоящее время теплоизоляционными пенопластовыми плитами.
Пенопластовые плиты на биологической основе были разработаны с использованием наноцеллюлозы, полученной механическим путем.Первое успешное механическое производство целлюлозы нанометрового размера было осуществлено в 1980-х годах, когда исследовательская группа несколько раз пропускала суспензию древесной массы через гомогенизатор, в результате чего была получена гелеобразная суспензия высокофибриллированной целлюлозы, которая была названа микрофибриллированной целлюлозой (МФЦ) (Turbak ). и др. 1983). Этот процесс включал проталкивание материала через небольшой капилляр, чтобы разорвать волокна на части. Для этого требуется высокое давление, чтобы позволить древесным волокнам разрушиться с 30 мкм до размера от 20 до 50 нм в диаметре.Сообщалось о других механических методах, таких как микрофлюидизация, микроизмельчение, рафинер и криодеструкция. Сегодня наноразмерный материал, полученный в результате механического процесса, часто называют нанофибриллированной целлюлозой (НФЦ) или нанофибриллами целлюлозы (УНФ) (Turbak et al. 1983; Revol et al. 1992). Преимуществами механических методов являются высокая производительность и отсутствие затрат на химикаты и затраты на утилизацию химикатов.
Это исследование было сосредоточено на создании новой пенопластовой плиты на биологической основе для использования в строительной отрасли и сравнении ее эксплуатационных свойств с текущими продуктами на основе нефти, представленными на рынке.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ
Материалы
В этом исследовании пенопластовая плита на биологической основе для целей теплоизоляции была создана с использованием биоразлагаемых полимеров, которые имеют низкую теплопроводность и удовлетворительные механические свойства. Затем была проведена оценка и сравнение разработанной новой пенопластовой плиты на биологической основе с текущими продуктами на рынке. Три коммерческих продукта: Foamular® 150 (F150) (Owen’s Corning, Толедо, Огайо, США), GreenGuard® (GG) (Lowes, Мурсвилл, Северная Каролина, США) и изоляция с квадратными краями марки Styrofoam™ (SF) (Dow, Midland). , Мичиган, США), были протестированы, оценены и сравнены с пенопластовой плитой на биологической основе, разработанной в этом исследовании.
Производственный процесс начался с наноцеллюлозы, полученной из Университета штата Мэн (Ороно, Мэн, США), и водной суспензии, которая была помещена в лотки. К суспензии добавляли технический кукурузный крахмал после варки в течение 1 часа при 90 °C для обеспечения сшивки (Yildirim et al. 2014). Затем полученную гелеобразную суспензию помещали в лиофилизатор (SPScientific 25ES; SPScientific, Уорминстер, Пенсильвания, США). Затем в материал помещали термопары для контроля температуры в процессе лиофилизации (рис. 1).
Рис. 1. Процесс производства плит из теплоизоляционного пенопласта на биологической основе
Затем использовали частичный вакуум, чтобы предотвратить попадание влаги из окружающей среды в камеру сублимационной сушки. Температуру в камере снижали с 20°С до -20°С в течение 2 ч и поддерживали при этой температуре в течение 240 мин. Затем камеру вакуумировали до давления 150 мТорр. Температуру в камере поддерживали на уровне -20 °C в течение 240 минут, повышали до 0 °C в течение 2 часов, повышали до 20 °C в течение 4 часов, а затем поддерживали до тех пор, пока среднее значение термопары для материалов не составляло 20 °C в течение 4 часов. .Затем лотки вынимали, а пенопластовые плиты хранили в лаборатории не менее 24 ч до проведения испытаний.
Методы
Физические свойства
Измерения плотности были получены в соответствии со стандартом ASTM C303 (2010 г.) путем определения различных размеров всей панели и их усреднения. Затем массу панели измеряли с помощью влагомера Sartorius MA37 с точностью 0,001 г. Измеренная масса (г) была разделена на измеренный объем (см ³ ) для определения плотности.
Механические свойства – испытание на изгиб
Из каждой группы было приготовлено в общей сложности шесть образцов размером 7 дюймов × 3 дюйма × ½ дюйма. Эти образцы были испытаны в соответствии со стандартом ASTM C203 (2012) с использованием метода испытания на трехточечный изгиб. Скорость смещения крейцкопфа составляла 0,12 дюйма/мин. Смещение образца было получено из смещения крейцкопфа (Instron 5500R; Instron, Норвуд, Массачусетс, США). Испытания на изгиб проводились в лабораторных условиях (25°C ± 2°C и относительная влажность 50%).Модуль изгиба был рассчитан с использованием линейной части кривой силы-перемещения, а также была найдена максимальная прочность на изгиб.
Испытание на сжатие
Для испытаний на сжатие из каждой группы были приготовлены шесть образцов размером 4 дюйма × 4 дюйма × ½ дюйма. Каждый образец сжимали со скоростью 0,05 дюйма/мин. Смещение образца было получено из смещения траверсы (Instron 5500R; Instron, Норвуд, Массачусетс, США). Испытания на сжатие проводились в лабораторных условиях (25°С ± 2°С и относительная влажность 50%).
Модуль сжатия был рассчитан с использованием линейной части кривой силы-перемещения, а также была найдена максимальная прочность на сжатие.
Тепловые свойства – измерения теплопроводности
Всего из каждой группы было изготовлено восемь образцов размером 6 дюймов × 6 дюймов × ½ дюйма. Образцы были испытаны в соответствии со стандартом ASTM C518 (2010) с использованием измерителя теплового потока (тепловой расходомер NETZSCH Lambda 2000, NETZSCH Instruments, Burlington, USA). Были определены и сопоставлены значения теплопроводности и, следовательно, значения изоляции (значения R) образцов.
Статистический анализ
В этом исследовании использовалось программное обеспечение JMP Statistical Analyses Software (SAS, Кэри, Северная Каролина, США). Данные анализа плотности, сжатия, прочности на изгиб и модуля, теплопроводности и удельного теплового сопротивления сравнивались путем проведения однофакторного анализа средних значений/дисперсионного анализа (ANOVA), чтобы проверить, существует ли значительная общая разница (уровень значимости (альфа) = 0,01) между группами (пенопласт на биологической основе, F150, GG и SF). Значимые различия между группами оценивали с помощью теста Тьюки-Крамера на честно значимые различия (HSD) с альфа = 0.05. Для всего статистического анализа использовалась выборка из шести человек (n = 6).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Теплоизоляционная пенопластовая плита на биологической основе была успешно изготовлена с использованием наноцеллюлозы (рис. 2) в качестве сырья.
Рис. 2. Теплоизоляционная пенопластовая плита на биологической основе
Плотность разработанного пенопласта на биологической основе статистически отличалась от плотности других продуктов. Между F150 и SF наблюдались статистические различия, а GG не показал статистической разницы между F150 и SF.Был получен большой диапазон плотностей разработанных и коммерческих продуктов (от 0,04 г/см ³ до 0,1 г/см ³ ). Плотность, модуль упругости (модуль упругости) и прочность на изгиб (MOR) пенопластов приведены в таблице 2.
Таблица 2. Свойства пенопластов при изгибе
Плотность пенопласта на биологической основе была аналогична результатам других исследований. Wicklein и др. (2014) разработали теплоизоляционную композитную пенопластовую плиту с использованием CNF, и они обнаружили, что плотность равна 0.075 г/см ³ для своего продукта. Использование меньшего количества твердого вещества в исходных материалах, как и ожидалось, привело к получению более легкого конечного продукта.
Прочность на изгиб плиты из вспененного биоматериала была статистически ниже, чем у плит F150, GG и SF. В предыдущей литературе было показано, что увеличение плотности приводит к улучшению механических характеристик (Yildirim et al. 2014; Николина 2016). Однако это явление справедливо только в том случае, если сравнение составов продуктов одинаково или очень похоже.В этом исследовании производственный процесс оказал важное влияние на прочность конечного продукта. Пенопластовые плиты на биологической основе были произведены с помощью случайного естественного процесса сушки, в котором поры могли иметь самые разные диаметры. Кроме того, колонны и стены между порами могли иметь несовершенства и легче и быстрее разрушаться при внешних нагрузках. Коммерческие продукты были произведены с использованием контролируемого производственного процесса, в результате которого была создана хорошо организованная иерархическая структура, демонстрирующая повышенную устойчивость к внешним нагрузкам.
Показатели сжатия пен (таблица 3) показали тенденцию, соответствующую той, которая была обнаружена для поведения при изгибе. Однако сравнение компрессионных свойств (Таблица 3) показало, что компрессионные характеристики пенопласта на биологической основе представляются многообещающими для таких применений, как изоляция и упаковка.
Таблица 3. Свойства пен при сжатии и сравнение с другими исследованиями
Wicklein и др. (2014) также исследовали механические характеристики разработанных ими композитных пенопластовых плит CNF.Они обнаружили, что модуль Юнга составляет 570 кПа, что ниже значения модуля (1093 кПа) продукта, разработанного в этом исследовании. Эта разница была обусловлена более высоким значением плотности пенопласта, разработанного в ходе этого исследования.
Али и Гибсон (2013) обнаружили модуль сжатия 1760 кПа для пенопластовой плиты, которую они разработали с использованием CNF. Большее количество CNF, используемого в их пенопластовой плите, обеспечивает более высокие механические характеристики, чем продукт, разработанный в этом исследовании (Ali et al. 2013).
Берглунд и др. (2016 г.) производил микрофибриллированные целлюлозные (МФЦ)-ксилоглюкановые (КГ) пены с изменением соотношения состава (МФЦ/КГ) от 100/0 до 90/10 и от 80/20 до 70/30. Они обнаружили, что увеличение XG обеспечивает более высокие значения модуля. Согласно их выводам, значения общего модуля варьировались от 440 кПа до 1470 кПа (Sehaqui et al. 2010), что также сопоставимо с этим исследованием.
Авторы не обнаружили статистической разницы между значениями теплопроводности F150 и GG.SF был признан лучшим изоляционным продуктом по сравнению с другими сравниваемыми продуктами (таблица 4).
Коммерческие продукты F150, GG и SF, которые были протестированы и оценены в этом исследовании, показали аналогичные результаты с предыдущими исследованиями. Согласно Mahlia et al. , некоторые из современных теплоизоляционных материалов, используемых на рынке, имеют следующие значения теплопроводности: стекловолокно-уретан (0,021 Вт/м-К), стекловолокно-жесткое (0,33 Вт/м-К), уретан-жесткое (0,021 Вт/м-К). 024 Вт/м·К), экструдированный полистирол (0,029 Вт/м·К) и уретан (настил крыши) (0,021 Вт/м·К) (Mahlia и др. 2007).
Таблица 4. Свойства теплопроводности и удельного теплового сопротивления пен
Пенопластовая плита на биологической основе, полученная в этом исследовании, показала многообещающие результаты по теплопроводности и удельному сопротивлению, такие как ее свойства при сжатии и изгибе. Аналогичные результаты были получены и в других исследованиях. Квон (2012) обнаружил, что значения теплопроводности находятся в диапазоне от 0.034 Вт/м-К и 0,038 Вт/м-К для пеноцеллюлозы, которую они разработали. Пенопласты, полученные в ходе данного исследования, показали более высокие свойства теплопроводности, что объяснялось более высокой плотностью разработанных пенопластовых плит. Более высокая плотность связана с содержанием твердого вещества в материалах, что позволяет теплопроводности происходить быстрее, чем в порах. Кроме того, изоляция на воздушной основе, такая как разработанная в этом исследовании, не может превышать значение R воздуха. Однако теплоизоляционные пенопластовые плиты на нефтяной основе используют газообразный фторуглерод в изоляционных ячейках, что приводит к более высоким значениям теплопроводности (Al-Homud 2005).
Литература и текущее исследование показали, что теплоизоляционная пенопластовая плита на биологической основе имеет более высокие значения теплопроводности, чем имеющиеся на рынке продукты. Тем не менее, пенопласт по-прежнему обладает многообещающими свойствами, которые можно модифицировать и улучшать для создания оптимальной теплоизоляционной пенопластовой плиты на биологической основе. Эта пенопластовая плита на биологической основе не только обеспечит аналогичные эксплуатационные характеристики, но также обеспечит экологически чистую, устойчивую теплоизоляционную пенопластовую плиту и уменьшит углеродный след.
ВЫВОДЫ
Основным выводом этого исследования является то, что наноцеллюлоза в качестве сырья была признана пригодной для разработки инновационных продуктов для строительства и строительной промышленности.
Плотность пенопласта на биологической основе составляла 0,1 г/см ³ с коэффициентом вариации (CV) 8,16 %, что выше, чем плотность F150 (0,03 г/см ³ с 0,35 % CV), плотность SF ( 0,04 г/см ³ с коэффициентом вариации 3,79%) и плотностью GG (0,04 г/см ³ с 0,03% CV).
Значение изоляции (значение R) было определено как 3,14 (1,47 % CV) для теплоизоляционной пенопластовой плиты на биологической основе, 4,37 (0,39 %) для F150, 4,43 (0,39 %) для GG и 5,59 (1,55 %).
F150 показал самый высокий модуль сжатия, и не наблюдалось статистической разницы между плитами из вспененного биоматериала, GG и SF.
SF показал самое высокое значение модуля упругости, и не было обнаружено никаких статистических различий между плитой из вспененного биоматериала, F150 и GG.
Пенопластовые плиты на биологической основе могут использоваться для изоляции строительных систем.
Разработанные пенопластовые плиты на биологической основе потенциально могут быть коммерциализированы за счет улучшения эксплуатационных свойств.
Этот продукт на биологической основе может быть полезной альтернативой для использования в проектах зеленого строительства.
БЛАГОДАРНОСТЬ
Авторы благодарят Revolution Research Inc. за поставку наноцеллюлозы и Уилла Уэста за его вклад в производственный процесс.Эта работа была частично поддержана Национальным научным фондом (NSF) в рамках программы передачи технологий для малого бизнеса (STTR), фаза I (Экологически чистые теплоизоляционные композитные пенопластовые плиты — награда № 1521326).
ССЫЛКИ
Аль-Хомуд, Массачусетс (2005). «Эксплуатационные характеристики и практическое применение обычных строительных теплоизоляционных материалов», Building and Environment 40(3), 252-366. DOI: 10.1016/j.buildenv.2004.05.013
Али, З.М. и Гибсон, Л.Дж. (2013). «Структура и механика нанофибриллярной пены целлюлозы», Soft Matter 9(5), 1580-1588. DOI: 10.1039/C2SM27197D
ASTM C165 (2007 г. ). «Стандартный метод испытаний теплоизоляционных материалов на сжатие», ASTM International, Женева, Швейцария.
ASTM C203 (2012 г.). «Стандартный метод испытаний на разрывную нагрузку и свойства блочной теплоизоляции на изгиб», ASTM International, Женева, Швейцария.
ASTM C303 (2010 г.).«Стандартный метод испытаний размеров и плотности выполненной блочной и плитной теплоизоляции», ASTM International, Женева, Швейцария.
ASTM C518 (2010 г.). «Стандартный метод испытаний свойств теплопередачи в установившемся режиме с помощью прибора для измерения теплового потока», ASTM International, Женева, Швейцария.
Бернардини, Дж., Ликурси, Д., Ангилеси, И., Чинелли, П., Колтелли, М.А., Антонетти, К., Галлетти, А. М. Р., и Лаццери А. (2017). «Эксплуатация Arundo donax L.остатки гидролиза для зеленого синтеза гибких пенополиуретанов», BioResources 12(2), 3630-3655. DOI: 10.15376/biores.12.2.3630-3655
Червин, Н.Т., Линнеа, А., Йовице, Б. С.Н., Понтус, О., Леннарт, Б., и Лайтвейт, Л.В. (2013). «Прочные целлюлозные материалы, изготовленные из водных пен, стабилизированных нанофибриллированной целлюлозой», Biomacromolecules 14(2), 503-511. DOI: 10.1021/bm301755u
Сехаки Х., Салайкова М., Чжоу К. и Берглунд Л.А. (2010). «Изменение механических характеристик жестких пенопластов со сверхвысокой пористостью, приготовленных из суспензий нановолокон целлюлозы I», Soft Matter 6(8), 1824-1832. DOI: 10.1039/b927505c
Квон, Ю.-К. (2012). «Инновационная пенная изоляция, изготовленная из целлюлозы», в: Building Enclosure Science & Technology (BEST3) 2009 Conference , Atlanta, GA, USA, стр. 2-25.
Малия, Т.М.И., Тауфик, И.Б.Н., и Масьюки, Х.Х. (2007). «Взаимосвязь между теплопроводностью и толщиной выбранных изоляционных материалов для стен здания», Energy Build 39(2), 182-187.DOI: 10.1016/j.enbuild.2006.06.002
Николина Ф. (2016). Производство легких сэндвич-композитов с сердцевиной из вспененного полиуретана на биологической основе и сетчатой оболочкой из целлюлозных волокон , Департамент инженерных наук и математики, Технологический университет Лулео, Лулео, Швеция.
Revol, J.F., Bradford, H., Giasson, J., Marchessault, R.H., and Gray, D.G. (1992). «Геликоидальное самоупорядочение микрофибрилл целлюлозы в водной суспензии», International Journal of Biological Macromolecules, , 14(3), 170-172.DOI: 10.1016/S0141-8130(05)80008-X
Группа Фридония (2016). «Мировой рынок изоляции» (https://www.freedoniagroup.com/industry-study/world-insulation-3435.htm?referrerid=rf-prnews), по состоянию на 1 июля 2016 г.
.
Отчет о смарт-рынке (2016 г.). «Мировые тенденции зеленого строительства» (http://fidic.org/sites/default/files/World%20Green%20Building%20Trends%202016%20SmartMarket%20Report%20FINAL.pdf), по состоянию на 1 февраля 2016 г.
.
Тонди, Г., Линк, М., Колбич, К., Гавино, Дж., Луккенедер П., Петучнигг А., Херчл Р. и Дорслер В. К. (2016). «Пены на основе лигнина: производственный процесс и характеристика», BioResources 11(2), 2972-2986. DOI: 10.15376/biores.11.2.2972-2986
Турбак А.Ф., Снайдер Ф. В. и Сандберг К.Р. (1983). «Микрофибриллированная целлюлоза, новый целлюлозный продукт: свойства, применение и коммерческий потенциал», Journal of Applied Polymer Science: Applied Polymer Symposium 37, 815-827.
Министерство энергетики США (DOE).«Изоляционные материалы» (https://energy.gov/energysaver/insulation-materials), по состоянию на 1 июля 2017 г.
.
Урбаняк М., Голоух-Горечная Р. и Бледски А. К. (2017). «Натуральный пробковый агломерат как экологическая альтернатива конструкционным сэндвич-композитам», BioResources 11(3), 5512-5524. DOI: 10.15376/biores.12.3.5512-5524
Виклейн Б., Андраж К., Герман С. А., Федерико К., Джованни К., Маркус А. и Бергстрём Л. (2014). «Теплоизоляционные и огнестойкие легкие анизотропные пены на основе наноцеллюлозы и оксида графена», Nature Nanotechnology 10, 277-283.DOI: 10.1038/ННАНО.2014.248
Йилдирим Н., Шалер С. М., Гарднер Д. Дж., Роберт Р. и Баусфилд Д. В. (2014). «Изоляционные пены из нанофибриллы целлюлозы (CNF) и крахмала», Cellulose 21(6), 4337-4347.