Вспененный полиэтилен: виды, характеристики, свойства и особенности производства

Вспененный полиэтилен (или пенополиэтилен ППЭ, expended polythene EPE) – это получаемый на основе полиэтилена материал с закрыто-пористой структурой, относящийся к классу газонаполненных термопластичных полимеров, называемых также пенополимерами или термопластами. Вспененный ПЭ находит применение как отличный изолятор в отношении тепла, жидкостей, шума и пара.

Особенности вспененного полиэтилена

Появление вспененного полиэтилена на рынке полимерной продукции произошло уже около 50-ти лет назад. Это дало толчок производству качественно новых изоляционных материалов и поменяло взгляд, как на строительство, так и на изготовление продукции широкого ассортимента для различных сфер человеческой деятельности.

Этапы производства

Производственная линия для пенополиэтилена состоит из:

• экструдера;
• компрессора для подачи газа;
• линии охлаждения;
• упаковки.

В зависимости от вида конечного продукта, оборудование может называться пакетоделательным, трубосшивающим и т. д.

Дополнительно применяются летучие ножницы и вырубные прессы различных конструкций, формовочные машины.

В приемный бункер загружается гранула ПВД, ПНД или композиции на их основе.

Обрезь – основной вид отходов производства пенополиэтилена – возвращается в производственный цикл после минимальной переработки.

Многие предприятия смешивают первичное сырье с регранулятом.

Основные требования к вторичному сырью для производства вспененного полиэтилена – отсутствие механических примесей, однотипность по цвету и средней молекулярной массе с первичным ПЭ.

Чем вспененный полиэтилен отличается от винила и полиуретана

Серьезную конкуренцию пенополиэтилену составляет вспененный винил, лишь немногим уступающий ППЭ по основным показателям. Пластик из ПВХ и листовой вспененный ПВХ широко используется в качестве:

• Обшивочного изолирующего материала стен;
• Декоративной отделки стен, изготовления перегородок, обустройства интерьера;
• Облицовки для мебели, шкафов;
• Изготовления вентиляционных труб.

Пеновинил обладает высокой химической стойкостью, хорошей теплоизоляцией и стойкостью к ультрафиолету. Вспененный листовой ПВХ не может конкурировать с ППЭ в условиях сильной жары и мороза, в этом случае пенополиэтилен более предпочтителен.

Второй конкурент, пенополиуретан, вытесняет ППЭ из областей, где требуется высокая адгезия и повышенная прочность вспененной матрицы. Например, для паропроводов с высокой температурой теплоносителя теплоизоляция для труб из вспененного полиэтилена заменяется на полиуретановую.

Но при этом долговечность пенополиуретана на порядок ниже, чем у пенополиэтилена. Если, помимо высокой температуры, коммуникации подвергаются еще и механическим нагрузкам, например, из-за теплового расширения металла, в такой ситуации используются теплоизоляционные трубки из вспененного каучука.

Физико-химические свойства

Вот основные свойства материала:

1. Нижняя граница рабочих температур составляет -80 °C. При выходе за нее материал теряет эластичность, становится хрупким.
2. Температура плавления – около 110 °C. Некоторые производители предлагают композиции с верхним пределом в 140 °C.
3. Водопоглощение (при прямом контакте) не превышает 1,2 %.
4. Предел прочности составляет 0,015 – 0,5 МПа.
5. Материал устойчив к большинству агрессивных соединений, в том числе к продуктам нефтепереработки, и к биологически активным средам.
6. Срок службы достигает 100 лет.

Данные по теплопроводности в сравнении с другими видами газонаполненных полимеров приведены в таблице:

Данные взяты из рекламных предложений производителей.

НПЭ «Порилекс» – теплозвукоизоляционный материал нового поколения

Основа сырьевой смеси пенополиэтилена марки «Порилекс» – полиэтилен низкой плотности, придающий структуре эластичность, мягкость, небольшую массу квадратного метра. Продукт получают по озоносберегающей технологии. Его основные характеристики:

• хорошая влагостойкость – благодаря закрытой пористой структуре, коэффициент водопоглощения практически равен нулю;
• устойчивость к проникновению водяного пара – этот показатель не зависит от толщины пенополиэтилена, даже в самом тонком материале эффект впитывания пара практически отсутствует;
• стойкость к проникновению агрессивных строительных материалов;
• устойчивость к поражению грибком и плесенью;
• равномерность свойств по всей площади;
• удобное использование – полимер хорошо режется ножом и склеивается клейкой лентой.

Области применения рулонного упаковочного и теплозвукоизоляционного материала «Порилекс» из несшитого пенополиэтилена зависят от его толщины:

• 1 мм – упаковка техники, приборов, хрупких предметов, защита гладких поверхностей мебели от царапин во время транспортировки;
• 2-3 мм – упаковка, подложка для линолеума и ламината;
• 4-5 мм – утепление строительных конструкций, холодильных агрегатов, прилавков, контейнеров, тепло- и шумоизоляция кают и военного транспорта, изготовление компенсационных матов для трубопроводных систем, производство товаров для спорта и отдыха, различных видов упаковки.

Материал изготавливается в соответствии с ТУ 2246-029-00203430-2003 Изменение №1 2006 г.

Классификация

Поропласты на основе полиэтилена классифицируются по следующим признакам:

• вид исходного сырья;
• способ вспенивания;
• способ сшивки.

Для изготовления ППЭ применяются гранулы ПВД и ПНД, а также различные композиции на их основе. Молекулярная структура любой разновидности полиэтилена позволяет получать материалы с прогнозируемыми свойствами.

При производстве пенополиэтилена применяются два метода создания газообразной фазы:

1. Физический. Это непосредственный впрыск газа (бутана или других легких насыщенных углеводородов) в расплав исходного сырья – наиболее дешевый способ вспенивания. Однако он требует применения специализированного оборудования и соблюдения повышенных предупредительных мер пожарной безопасности.
2. Химический. В исходное сырье вводятся реагенты, разлагающиеся с выделением газов. Химическое вспенивание может выполняться на стандартном литейном и экструзионном оборудовании. Состав добавок определяется требованиями к плотности и размеру ячеек.

Современные технологии производства позволяют получать различные молекулярные структуры газонаполненного полиэтилена:

1. Несшитый (НПЭ). Его получают по технологии физического вспенивания. Полиэтилен при этом сохраняет исходную структуру, заданную при синтезе. НПЭ отличается сравнительно низкими прочностными характеристиками и применение его оправдано в условиях незначительных механических нагрузок.
2. Химически сшитый (ХС-ППЭ). Технология включает в себя следующие этапы: смешивание сырья со вспенивающими и сшивающими реагентами, формирование исходной заготовки-матрикса, ступенчатый нагрев в печи. Термическая обработка приводит к тому, что между полимерными нитями возникают поперечные связи (происходит сшивка), а затем проходит газообразование. Изделия из ХС-ППЭ имеют мелкопористую структуру, матовую поверхность и более высокие в сравнении с продукцией из НПЭ механические показатели: прочность, устойчивость разрывам, упругость, т.е. способность возвращать прежнюю толщину после сдавливания.
3. Физически сшитый (ФС-ППЭ). Материал не содержит сшивающих добавок, а вместо первой ступени термообработки заготовка-матрикс обрабатывается потоком электронов, инициирующим процесс сшивки. Возможность контролировать количество поперечных связей позволяет варьировать характеристиками материала и размерами ячеек.

В отличие от большинства конструкционных материалов, маркировка пенополиэтилена производится не по показателям прочности, а по средней плотности, т.е отношению веса на единицу объема (кг/м3): 15, 25, 35, 50, 75, 100, … 500, как для примера показано на фото выше.

Метод определения средней плотности описан в ГОСТ 409 – 2017.

Благодаря работе маркетологов отечественному потребителю больше знакомы торговые марки пенополиэтиленов, применяемые, в частности, для трубной теплоизоляции:

• Изолон;
• Теплофлекс;
• Пенолон;
• Татфоум;
• Хитфом;
• Этафом и т. д.

Производство продукции чаще всего регламентируется внутренними стандартами предприятий и техническими условиями. Тем не менее, в России на изготовление теплоизоляционных материалов разработан ГОСТ Р 56729-2015, соответствующий EN 14313:2009.

Основные торговые марки

Вспененный полиэтилен производят с прошлого века. До 2000 г. в России можно было приобрести этот материал только иностранных торговых марок. Самыми распространенными были турецкая Odeflex и немецкая Tubolit.

Сейчас пенополиэтилен производится в России в больших количествах, а также продолжает ввозиться из-за границы. Наиболее известны торговые марки ИЗОЛОН, Вилатерм, ПОЛИФОМ, Энергофлекс, Пенофол, ПОРИЛЕКС и с каждым годом к ним добавляются другие.

В настоящее время наиболее эффективным утепляющим материалом является пенополиэтилен. При внутреннем утеплении он подходит больше других, поскольку при одинаковой теплоизоляции занимает минимум места. Так, пенопласт толщиной 30 мм удерживает тепло так же, как «сшитый» ППЭ толщиной 20 мм.

Для утепления пола лучше всего выбрать «сшитый» вспененный полиэтилен, т. к. он выдерживает большой вес без деформации и потери свойств. Для теплоизоляции стен можно использовать более дешевый «несшитый» вид этого материала.

О технических характеристиках вспененного полиэтилена ПОЛИФОМ и способах его применения узнайте, посмотрев видео ниже:

Применение пенополиэтилена

Далее мы расскажем об основных сферах применения.

Звукоизоляция

Как и все ячеистые материалы, пенополиэтилен хорошо поглощает воздушный шум. Звуковая волна, проходя через слой ППЭ, теряет значительную часть кинетической энергии за счет ее преобразования в тепло.

НПЭ является хорошей преградой для ударного шума и вибрации. Из всех акустических материалов он имеет наиболее высокие характеристики по поглощению низкочастотных колебаний.

Сшитый пенополиэтилен также используется для звукоизоляции в жилом и промышленном строительстве, автомобиле- и машиностроении.

Лента из ППЭ, уложенная на перекрытие и стены при устройстве плавающей стяжки, считается эффективной блокировкой для возникновения структурных шумов.

Теплоизоляция

Низкие показатели теплопроводности и паропроницаемости сделали вспененный полиэтилен одним из наиболее популярных материалов в строительстве. Листовой и рулонный пенополиэтилен используют преимущественно внутри помещений в составе теплоизолирующего пирога фасадных стен, кровли, систем вентиляции и кондиционирования для утепления дома.

ППЭ для теплоизоляции покрывают фольгой, которая является дополнительным барьером для тепла и зеркалом, отражающим инфракрасное излучение.

Одна из сфер применения вспененного полиэтилена – изоляции для труб теплотрасс, холодной и горячей воды.

Уплотнение и упаковка

Кроме трубной тепловой изоляции и утеплителя, из ППЭ производят упаковочные материалы для транспортировки хрупких предметов, окрашенных конструкций. При помощи вакуум-формовочных и вырубных машин создается упаковка для серийных изделий, одновременно служащая уплотнителем, например, для мобильных телефонов, электронных и электрических приборов.

Что собой представляет вспененный полиэтилен

Полиэтилен хорошо известен своей уникальной стойкостью к всевозможным органическим и минеральным агрессивным веществам, механической нагрузке, ударным, гнущим и крутящим усилиям. Полиэтиленовая пленка, трубы, прессованные из полиэтилена изделия, казалось бы, могут прослужить целую вечность.

Вспененный полиэтилен после обработки газом в экструдере не просто насыщается пузырьками, он меняет свою механическую структуру, из сложного многослойного монолита получается пространственная пузырьковая матрица, 96-98% объема которой приходится на газ.

Не теряя способности противостоять агрессивным соединениям и патогенной микрофлоре, вспененный полиэтилен приобретает новые свойства:

• Высокая пластичность, способность удлиняться под нагрузкой без разрыва;
• Прекрасная тепло и звукоизоляция;
• Минимальное водопоглощение.

К сведению! Появление вспененного пленочного полиэтилена практически привело к революционным изменениям на рынке упаковочных материалов. Сегодня 98% упаковки товаров с «рюмкой» на коробке изготовлено из вспененного полиэтилена.

Переработка отходов

Для утилизации отходов пенополиэтилена используются те же технологии, что и для невспененного — термомеханический и термохимический рециклинг, или пиролиз.

Использованная упаковка из НПЭ перерабатывается во вторичную гранулу, а крошка сшитого ППЭ служит наполнителем для композиционных материалов, из которых делают тротуарную плитку, и другие искусственные покрытия.

Главная особенность газонаполненных полимеров – низкая плотность – вносит коррективы в технологию. При переработке отходы ППЭ спрессовываются в специализированных машинах – термокомпакторах.

На рынке оборудования можно найти устройства со степенью прессования до 90:1. Брикетированный в компакторах ППЭ можно загружать в экструдер или термическую печь, использовать в качестве сырья для получения полиэтиленового воска.

Крупнейшие производители, представленные на рынке в России

Лучшим ориентиром в плане качества продукции становится имя производителя. Так кому же можно доверять?

1. – крупная немецкая компания, которая в том числе производит теплоизоляцию на основе вспененного полиэтилена. Он продается под торговой маркой Tubolit практически во всех странах мира. Продукция стала синонимом высочайшего качества, поскольку технология ее изготовления постоянно совершенствуется, проводятся многочисленные исследования, обновляется оборудование, расширяется ассортимент, чтобы материалы были максимально эффективными и удобными в использовании. Все это позволяет занимать компании лидирующее место в мире.
2. Odeflex – турецкий производитель, который предлагает вспененный полиэтилен в трубках и рулонах. Еще несколько лет назад продукция этой компании была повсеместно представлена на отечественном рынке, но теперь она все больше вытесняется национальными производителями.
3. ООО «Cтройтехизоляция» – компания, располагающаяся в Беларуси и активно экспортирующая свою продукцию на российский рынок. Ассортимент включает в себя трубки разной толщины и диаметра, предназначенные для теплоизоляции трубопроводов, систем кондиционирования воздуха, промышленных систем. Они реализуются под названием Steinoflex 400 и имеют продольный разрез, который облегчает процесс монтажа. Также выпускается и Steinophon 290 – универсальный теплозвукоизоляционный материал, который поставляется в виде матов разной толщины без покрытия, или же фольгированных с одной или двух сторон.
4. Билавери – крупный украинский производитель вспененного полиэтилена. Ассортимент включает рулонный материал, с или без покрытия из фольги, изоляцию для труб и уплотнительные жгуты. Компания ценит свою репутацию, поэтому производит только максимально качественную продукцию, подтвержденную многочисленными сертификатами. Производитель широко известен на украинском рынке и начинает покорять страны СНГ.
5. ООО «Евроизоляция плюс» — отечественная компания, которая известна на рынке вспененного полиэтилена с 2008 года. Продукция известна под торговой маркой «Евроизоляция», производится на самом современном оборудовании с использованием новых технологий, которые постоянно совершенствуются. Качество выпускаемой продукции подкрепляется соответствующей документацией, в т.ч. сертификатом соответствия и санитарно-эпидемиологическим заключением. Ассортимент включает маты из вспененного полиэтилена, изоляцию для труб, самоклеющуюся изоляцию, подложку для теплого пола, фольгированную изоляцию.
6. — крупнейший российский производитель теплоизоляционных материалов из вспененного полиэтилена. Расположена компания в Воронеже, работает с 2006 года, распространяет свою продукцию по всей территории страны и в страны ближайшего зарубежья. Производитель старается постоянно улучшать технологию производства и расширять номенклатурный ряд продукции, поэтому сейчас его продукция представлена огромным ассортиментом от подложки и отражающей изоляции до матов и жгутов.
7. ОАО «Ижевский завод пластмасс» — предприятие, которое было основано еще в 1985 году. В начале этого столетия было освоено производство вспененного полиэтилена: производится он как сшитым, так и несшитым способом, а номенклатура изделий постоянно расширяется.
8. ООО «ЭТИОЛ» — компания, которая образовалась в 1991 году на месте ОАО «Полимерсинтез». Занимается переработкой пластмасс, а недавно начала производство вспененного полиэтилена, который уже активно используется в разных сферах по всей стране.

Вспененный полиэтилен в широком доступе появился относительно недавно, его открытая история применения насчитывает не более полутора десятков лет, хотя в промышленности, особенно западной, пенополиэтилен используется в производственных и строительных технологиях без малого полвека.

Особенности изготовления утеплителя

Обладающий высокой эластичностью материал производится из полиэтилена высокого давления. К данному элементу состава добавляются присадки-антипирены (препятствующие возгоранию) и другие вещества.

Изготовление включает следующие этапы:

• гранулы полиэтилена подвергаются плавлению в специальной емкости;
• в нее же подается сжиженный газ, выступающий вспенивающим реагентом;
• за счет него формируется структура утеплителя.

Полученный материал поставляется рулонами, плитами или листами. Также он имеет различные плотность, габариты, толщину, что позволяют подобрать полиэтилен для определенных целей (утепления конкретного помещения).

Токсичных веществ материал не имеет, поэтому наряду с промышленной сферой (обшивка трубопроводных систем, воздухопроводов, вентиляции, холодильных камер) используется для теплоизоляции промышленных и жилых объектов.

Как правило, производители наносят на поверхность с одной или двух сторон алюминиевую фольгированную пленку, назначение которой — эффективное отражение тепла. Чтобы оно было максимальным, пленку полируют. В этом случае коэффициент отражения может достигнуть 95-97%.

Пеноплен

Производится путем вспенивания полистирола. Покрытие характеризуется низким показателем теплопроводности, что позволяет применять его для утепления разных объектов. Вспененный материал данного вида содержит антипирены. Это специальные добавки, которые позволяют снизить степень подверженности покрытия высоким температурам. Несмотря на это, вспененный пеноплен все же горит. Утеплитель имеет существенный недостаток – в процессе горения выделяются токсичные соединения.

Покрытие хорошо задерживает тепло и влагу. Однако оно не пропускает воздух. Рекомендуемая толщина утеплителя для регионов России варьируется в пределах 20-25 см. Дополнительно следует использовать гидроизолирующий диффузный материал, а также пароизоляцию. Благодаря этому вспененный пеноплен будет хорошо защищен от воздействия влаги, которая содержится в воздухе внутри помещения.

Физические и ценовые параметры фольгированных материалов для утепления

Каждый из утеплителей, представляющий собой материал со слоем фольги, имеет свои уникальные свойства и показатели: полиизол отличается от минваты, фольгоизол – от фольгоизолона, и т.д. Получить объединенное представление о характеристиках утеплителей помогут общие для всех свойства, особенно ярко выраженные у вспененного (пенного) полиэтилена.

На пенный полиэтилен наносится фольга – с одной или с обеих сторон, толщина утеплителя – от 2 мм до 10 мм. Также в продажу поступают самоклеящиеся утеплители. Коэффициент теплопроводности вспененного полиэтилена – 0,038 Вт/(м•K), удельная масса – 60 кг/м при толщине до 5 мм, коэффициент влагопоглощения – в пределах 0,6-3%. Использовать такой материал для утепления можно везде: укладывая на пол или закрепляя на стенах или потолке, утепляя перегородки, чердаки и мансарды, систему вентиляции, кровлю или трубопроводы, и т.д. Также хорошо проявил себя пенный полиэтилен при монтаже «теплого пола», при укладке под ламинатную доску или линолеум, при утеплении бань.

Если вы еще не знаете, как называется утеплитель с фольгой, пользующийся самой большой популярностью, то это – полиизол. Материал выпускается в рулонах и производится из (стеклоткани с нанесением на нее стирол-бутадиен-стирольного покрытия и модифицированного битумно-полимерного вяжущего. Толщиной полиизол может быть от 2 мм до 15000 мм, шириной – до 1000 мм и длиной до 10 000 мм.

Пенный полиэтилен

Фольгированный полиэтилен производят такие компании, как: Ecopol, Izolon, Permaflex, Пенофол, и т.д. В среднем один рулон пенного фольгированного полиэтилена стоит около 2000 рублей, но не забывайте, что общая площадь такого утепления – около 50 м2 при толщине 2-10 мм. Самый дешевый утеплитель с фольгой название которого все знают – «Изолон-ламинированый ППЕ-Л». При длине рулона 50 м, толщине от 2 мм до 4 мм, и ширине 1 м стоимость 1 м2 – около 20 рублей.

Также часто в частном хозяйстве применяют фольгированную минвату с односторонним нанесением фольги. Производится этот теплоизолятор в плитах или рулонах, толщина утеплителя – 5-1- см. Такие утеплители лучше использовать в нежилых помещениях, так как мельчайшие частицы пыли с поверхности минваты могут попадать в дыхательные пути человека, нанося ему вред. Чтобы минеральную фольгированную вату можно было безопасно положить и эксплуатировать в жилых помещениях, ее закрывают слоем декоративных материалов, например, МДФ, с предварительной защитой герметичной пленкой. Вата из базальта или стекловолокна выдерживает температуры -200/+7000С и имеет коэффициент теплопроводности ≤ 0,07 Вт/(м•К). Большим спросом в индивидуальном строительстве пользуются марки Rockwool, Isover, URSA, Parkas со средней стоимостью за 0,25 м3 1300-1500 рублей.

Фольгированная минеральная вата

Пенный (вспененный) полистирол – это материал, который получают термической обработкой зерен (гранул) полистирола, которые горячими спрессовывают в плиты. Высокая влагонепроницаемость материала позволяет использовать пенный полистирол в помещениях с повышенной влажностью. Кроме того, что утеплитель отражает влагу, он может переносить и высокие механические нагрузки, не подвержен гниению, коррозии и грибково-плесневым заболеваниям. Рабочий диапазон температур -180/+1800С, что позволяет укладывать его под водяной теплый пол. Коэффициент теплопроводности пенного полистирола – ≤ 0,035 Вт/м2 при плотности утеплителя ≤ 45 кг/м3. Стоимость одной плиты размером 600 х 1 200 х 2400 мм при толщине 20-100 мм – 90 рублей.

Технология утепления ППЭ

Свойства любого теплоизолирующего материала определяют технологию утепления. У пенополиэтилена есть свои особенности при укладке:

1. Перед началом работ поверхность очищают, выравнивают и заделывают все щели на ней.
2. ППЭ укладывают, наклеивая на утепляемую поверхность и закрепляя дюбелями-грибками. Между теплоизоляцией и отделочным материалом должна быть прослойка толщиной 1,5–2 см. Чтобы создать такую прослойку, поверх утеплителя сооружают обрешетку из брусков, на которую затем монтируют панели отделочного материала. Бруски крепят дюбелями к стене через слой утеплителя. При таком монтаже конденсат, образовавшийся при колебаниях температуры на поверхности ППЭ, испаряется, не нанося вреда отделочному материалу.
3. Утеплитель, покрытый фольгой, всегда укладывают металлизированным слоем к потоку тепла и света: при внутреннем утеплении – внутрь, при наружном – наружу.
4. Листы укладывают встык, склеивая боковые поверхности. Места стыков дополнительно проклеивают металлизированным скотчем.