Polystyren patří již více než 60 let mezi nejběžněji používané termoplasty. Spolu s polyethylenem, polypropylenem a polyvinylchloridem se řadí do skupiny velkotonážních, komoditních plastů. Tento materiál doznal mimořádného rozšíření díky svým přednostem.
Typy polystyrenu a jejich vlastnosti
Standardní polystyren (PS, GPPS)
Standardní polystyren, neboli polystyren pro všeobecné použití (GPPS), je pro svoji vynikající průhlednost a krystalickou čirost často nazýván krystalický, i když ve skutečnosti vůbec nekrystalizuje. Chemická struktura polystyrenu je ataktický polymer, který vzhledem k nepravidelnosti makromolekulárního řetězce nemůže krystalizovat. Je tedy amorfní a to spolu s jeho chemickou strukturou je hlavní příčinou jeho vynikajících optických vlastností. Tento typ polystyrenu je tvrdý, křehký, čirý, průhledný polymer s vysokým leskem.
Výhody a nevýhody standardního polystyrenu
- Výhody:
- Dobrá tuhost a tvrdost
- Vynikající optické vlastnosti, mimořádná průhlednost
- Kvalitní lesklý povrch výrobků
- Výborná zpracovatelnost
- Malá nasákavost vody
- Velmi dobré elektrické a dielektrické vlastnosti
- Nevýhody:
- Poměrně vysoká křehkost
- Nízká chemická odolnost, zejména vůči organickým rozpouštědlům
- Sklon ke korozi za napětí
Pevnostní chování polystyrenu je málo závislé na teplotě i na čase expozice. Polystyren odolává běžným neoxidujícím kyselinám, louhům, alkoholům, některým olejům a tukům, roztokům solí a vodě. Je však narušován mnoha organickými rozpouštědly, jako benzínem, aromatickými a chlorovanými uhlovodíky a dalšími organickými rozpouštědly (ketony, estery). Je také náchylný ke korozi za napětí, kdy se společným účinkem vnějšího prostředí a mechanického zatížení vytvářejí jemné vlasové trhlinky, projevující se jako známé zbělení postižených míst.
Expandovaný polystyren (EPS)
Expandovaný polystyren (EPS) je izolační hmota, bez které v současné době nelze postavit energeticky hospodárné stavění. Vyrábí se jako bílé izolační desky. Základní surovinou pro výrobu expandovaného polystyrenu je zpěňovatelný polystyren, který je ve formě perlí obsahujících zhruba 6 až 7 % pentanu jako nadouvadla. Tyto perle se vyrábějí suspenzní polymerací monomeru styrenu a jsou k dostání v několika velikostních skupinách od 0,3 do 2,8 mm. V závislosti na konkrétní aplikaci se použije vhodná velikost perlí.
Vlastnosti expandovaného polystyrenu
- Nízká tepelná vodivost, která závisí na objemové hmotnosti, obsahu vlhkosti a teplotě desek. Díky nízké tepelné vodivosti má vynikající tepelně-izolační vlastnosti.
- Tvarová stabilita
- Pružná a trvalá deformace při zatížení tlakem
- Pevnost v tahu a ohybu
- Dynamická tuhost
- Změna rozměrů
- Nasákavost
- Odolnost proti stárnutí
Mechanické vlastnosti EPS pěny závisejí primárně na hustotě. Pevnostní parametry se obecně zvyšují s objemovou hmotností. Rozměrová stabilita je dalším důležitým parametrem pěny z EPS. EPS nabízí výjimečnou rozměrovou stabilitu, která zůstává v podstatě neovlivněna v širokém rozsahu okolních faktorů. Odolnost vůči vlhkosti je schopnost obalového materiálu zabránit vodě v tom, aby vstupovala do jeho struktury a snižovala jeho mechanické vlastnosti. Buněčná struktura EPS odolává vodě a zabezpečuje nulovou kapilaritu. Zatímco je vytvarovaný EPS téměř nepropustný pro kapalnou vodu, je mírně propustný pro vodní páru za rozdílů tlaku. Většina organických rozpouštědel není kompatibilní s EPS. UV záření má mírný účinek na tvářený polystyren.
Čtěte také: Více o pevnosti betonu
Tabulka: Typické vlastnosti tvarovaných obalů z EPS (teplota při testu 23 °C)
| Objemová hmotnost (pcf) | Objemová hmotnost (kg/m³) | Napětí při 10% stlačení (psi) | Napětí při 10% stlačení (MPa) | Pevnost v ohybu (psi) | Pevnost v ohybu (MPa) | Pevnost v tahu (psi) | Pevnost v tahu (MPa) | Pevnost ve smyku (psi) | Pevnost ve smyku (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 16 | 13 | 0,09 | 29 | 0,20 | 31 | 0,21 | 21 | 0,14 |
| 1.5 | 24 | 24 | 0,16 | 43 | 0,30 | 51 | 0,35 | 37 | 0,25 |
| 2 | 32 | 30 | 0,21 | 58 | 0,40 | 70 | 0,48 | 49 | 0,34 |
| 2.5 | 40 | 42 | 0,29 | 75 | 0,52 | 92 | 0,63 | 74 | 0,51 |
| 3 | 48 | 64 | 0,44 | 88 | 0,61 | 118 | 0,81 | 88 | 0,61 |
| 3.3 | 53 | 67 | 0,46 | 105 | 0,72 | 140 | 0,97 | 98 | 0,68 |
| 4 | 64 | 80 | 0,55 | 125 | 0,86 | 175 | 1,21 | 108 | 0,75 |
Poznámka: Hodnoty jsou založeny na krátkodobých laboratorních zatěžovacích podmínkách z ASTM. Při výběru správné úrovně tlumení nárazů, potřebné pro danou aplikaci, se musí zvážit objemová hmotnost obalu.
Extrudovaný polystyren (XPS)
Omezení daná otevřenou pórovitou strukturou expandovaného pěnového polystyrenu odstraňuje extrudovaný polystyren (XPS), který je navíc i mechanicky odolnější. Relativně vysoká tlaková pevnost dělá z XPS ideální materiál pod suché dlažby (dlažby na podložkách). Desky z extrudovaného polystyrenu jsou vhodné i pro provedení obvodového zdiva s vysokým tepelným odporem při použití klasických zdicích materiálů. V oblasti střech se XPS používá na tzv. obrácené střechy, ve kterých je tepelněizolační vrstva z extrudovaného polystyrenu umístěna nad vodotěsnou krytinou, a je tedy vystavena vlhkosti okolí. Zajímavým výrobkem jsou tepelněizolační dlaždice složené z vrstvy extrudovaného polystyrenu o tloušťce 20-120 mm pevně spojené s krycí betonovou, polymerbetonovou nebo žulovou deskou. Pro daný účel bývají i určitým způsobem upraveny.
Srovnání s mykokompozitem
Projekt Samorost ověřoval mechanické vlastnosti mykokompozitu, chování při hoření i reakci na vlhkost a klimatické podmínky. Cílem bylo zjistit, zda může materiál na bázi mycelia reálně nahradit polystyren a kde jsou jeho limity. Pevnost v tlaku mykokompozitu dosahuje 1,96 kN při 10% deformaci, tedy přibližně 180 kPa. Materiál je odolnější než běžný i stabilizovaný pěnový polystyren, slabší je pouze oproti extrudovanému polystyrenu. Pevnost v tahu ohybem je srovnatelná s korkem. Mykokompozit je pevnější než polystyren, ale není určen pro nosné konstrukce, například trámy či nosníky. Rozlupčivost, tedy vnitřní soudržnost materiálu, dosahuje 100 kPa, což odpovídá fasádnímu polystyrenu 70F.
Závěr výzkumu je jasný. Mykokompozit může ve většině běžných aplikací nahradit polystyren při zateplení obvodových zdí, střech, podlah i interiérů. Nabízí srovnatelné nebo lepší technické parametry, lepší chování při požáru a zásadní ekologickou výhodu, vzniká z odpadu a je plně biologicky rozložitelný.
Fasádní polystyren a jeho aplikace
BACHL EPS 100 F fasádní polystyren je izolační deska z pěnového polystyrenu pro použití v kontaktních zateplovacích systémech. Je stabilizován v blocích před nařezáním a má velmi přesné rozměry. Má vyšší pevnost v tlaku a tepelný odpor než EPS 70F. Používá se většinou u ostění oken a na návětrné strany, na zateplování fasád (vnější tepelně izolační systém) v podobě kontaktního zateplovacího systému, jako tepelně izolační desky šikmých střech (mezi krokvemi), vnitřní a jádrová izolace (mezi stěnou a přizdívkou) a tepelná izolace obvodových stěn pod terénem s izolací proti vodě. Součinitel tepelné vodivosti "λ" = 0,036 W/m*k a formát je 500x1000mm.
Čtěte také: Vývoj pevnosti betonu
Práce s fasádním polystyrenem je velmi snadná díky jeho rozměrům a váze. Fasádní polystyren se běžně lepí fasádním lepidlem na rovný, bezprašný soudržný podklad. Druhý den po zaschnutí lepidla se fasádní polystyren kotví talířovými hmoždinkami s plastovým trnem příslušné délky dle kotevního plánu. Poté se na polystyren nanáší stěrkový tmel, do kterého se vpraví armovací tkanina - perlinka. Perlinka musí být cca ve 2/3 stěrky od fasádního polystyrenu, nikdy se nesmí dotýkat izolantu, neplnila by potom svou funkci.
Čtěte také: Beton: prvních 24 hodin
tags: #pevnost #v #ohybu #polystyren #vlastnosti