Вспененный полиэтилен: виды, характеристики, свойства и особенности производства

Пенополиэтилен – группа упругих эластичных материалов с закрытой пористой структурой, относящиеся к классу газозаполненных поропластов.

В отличие от большинства других полимеров, имеющих узкопрофильное применение, вспененный полиэтилен универсален.

Сочетание тепло-, звуко- и гидроизолирующих свойств в сочетании с высокой химической стойкостью объясняют его применение в промышленном и бытовом секторе.

Сырьем для пенополиэтилена служит гранулированный полиэтилен ПВД и ПНД, в том числе вторичный – полученный путем переработки пленки и других отходов.

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.

Если требования соблюдены, качество, эксплуатационные и механические свойства готовой продукции не страдают.

Поставляется в стандартных типоразмерах

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.

Преимущества и недостатки

О плюсах материала:

• Как и у всех вспененных полимеров, у ППЭ низкий коэффициент теплопроводности — 0,035 Вт/(м·град).
• У материала неплохие амортизирующие свойства. Из вспененного полиэтилена делают: упаковку (плотность 25-33 кг/м3), подложку для пола (плотность 300 кг/м3), прокладки для оборудования (300-500 кг/м3).
• Вспененный полиэтилен обладает диэлектрическими свойствами, поэтому из самозатухающего ППЭ делают электрическую изоляцию высокочастотных кабелей. Диэлектрическая проницаемость ППЭ находится в пределах 1,4…1,5 (вода — 81, вакуум — 1).
• ППЭ — инертный материал, не вступающий в химические реакции.
• А еще это легкий и непромокаемый материал, его не едят насекомые и мыши. И самое главное — он недорогой.

Есть у него и недостатки:

• Фольгированный ППЭ будет работать как теплоизоляция только если перед слоем фольги будет хотя бы 2-3 см воздушной прослойки.
• Выше 100 0С материал начинает плавиться, а затем и гореть. Использовать его можно только в помещениях с высокой удельной пожарной нагрузкой.

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.

Виды

На сегодняшний день изготавливается множество видов вспененного полиэтилена, различающихся следующими параметрами:

1. Типом базового полиэтилена: Из полиэтилена высокого давления (ПВД),
2. Из полиэтилена низкого давления (ПНД) и др.

Кроме этого, для удобства использования вспененный ПЭ может производиться в разных формах: листовой, плиточный, в виде трубки, пленки и т.п. и с покрытиями из различных материалов (фольга и др.)

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.

Безопасность вспененного полиэтилена

Полиэтилен — один из самых стабильных соединений на планете. Из гранул полиэтилена, что идут на изготовление теплоизоляции, делают канистры и бутылки для воды, упаковку для пищевых продуктов, трубы водопровода.

На бытовом уровне, если использовать его в диапазоне рабочих температур, вспененный полиэтилен безвреден. Опасность ППЭ представляет при нагревании свыше 110-120 0С.

При горении он выделяет уксусную кислоту, формальдегид, оксид углерода.

Период распада материала около 200 лет. Это, с одной стороны, делает его одним из самых долговечных материалов (что хорошо). Но с другой стороны полиэтилен, как и пластик — настоящее бедствие для земной экологии, так как скапливается большое количество отходов 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.

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%.

Основные бренды на современном рынке

Производители отечественного вспененного полиэтилена: Тепофол, Вилатерм, Изолон, Energoflex (ROLS ISOMARKET), Thermaflex, Полифом, Пенофол, Порилекс.

Европейские и американские производители вспененного полиэтилена: DOW, Sealed Air, Pactiv, TROCELLEN, EPE Corporation Group, Alveo.

Каждый год в мире изготавливается до 185 тысяч тонн вспененного пенополиэтилена. Это немало. Несмотря на то, что этот рынок считается сравнительно молодым, темпы выпуска ППЭ уже обогнали в скорости производство пленки —крупнейшего сегмента полиэтилена ПВД. Ожидается, что рост потребления этого теплоизолятора будет расти и дальше за счет вытеснения более дорогих заменителей и применения вспененного полиэтилена в областях, где он ранее не использовался — в электротехнике, туристическом снаряжении и др.

Отражение лучевой энергии

Вспененный полиэтилен покрытый металлизированной пленкой (фольгированный) применяется в основном с системой электрических теплых полов, как паронепроницаемый слой, дополнительный утеплитель к основному слою утепления, и как отражатель лучевой энергии.

Для электрических теплых полов характерна большая часть производимой энергии в виде инфракрасного излучения.

Отдельные виды электрических излучателей (инфракрасный теплый пол) генерируют подавляющее количество энергии в виде ИК-излучения, при этом, не нагреваясь до высокой температуры, но нагревая излучением все плотные предметы в комнате.

Понятно, что без эффективного отражения снизу, значительная часть энергии будет израсходована впустую.

Применять фольгированный пенополиэтилен нужно только по предназначению, как и любую фольгу. Обкладка им комнаты со всех сторон, нарушает нормальное распределение электромагнитных полей, что вредно для любого живого организма.

Вопросы повышенных или нарушенных электромагнитных полей возникают и относительно электрического теплого пола…

Не верить рекламе

Множество компаний выпускают пароизоляционные и утеплительные (звукопоглотительные) пленки из вспененного полиэтилена под разными торговыми брендами. Сейчас широко известны пенофол, алюфом, полифоам и др.

Их реклама зачастую вводит потребителей в заблуждение, доказывая что «чудо-юдо-утеплитель, победит все». При этом забываются простые истины о том, что вспененный полиэтилен толщиной 0,7 см никак не может заменить собой основной слой утепления, к примеру, из пенопласта, которого требуется для достижения оптимального с экономической точки зрения теплового сопротивления, ни как не меньше 10 см.

Дополнить тепплоизоляцию тонким слоем этого материала в некоторых конструкциях можно, а вот заменить не получится…..

Формы выпуска материала

Главное отличие одних полиэтиленов от других — толщина. Также сюда относят конструктивные особенности. В зависимости от этих факторов теплоизоляцию делят на такие группы:

• тонкий полиэтилен с одно- или двухсторонним покрытием (толщина — от 2 до 10 мм, поставляется преимущественно в рулонах; чаще используется для светоотражения, нежели утепления помещений; стоимость — от 20 до 30 руб/кв. м);
• дублированные маты (толщина — 15-40 мм; удобны при теплоизоляции ровных поверхностей; маты соединяются термическим способом, исключая необходимость герметизации швов; стоимость — от 80 руб/кв. м);
• пенофол (брендовое название известной торговой марки; толщина рулонов — 3-10 мм, длина — 15-30 м, ширина — от 60 см; самый распространенный утеплитель, применяемый повсеместно при теплоизоляции частных строений; стоимость — от 1500 руб/рулон);
• вилатерм (уплотнительный жгут на основе вспененного полиэтилена; используется при звуко- или теплоизоляции вентиляционных каналов, дверных либо оконных проемов; цена — от 3 руб/м).

Технология утепления

Знания о правильном использовании материала пригодятся в любом случае – собираетесь вы изолировать дом своими руками либо нанимать бригаду исполнителей. Важно соблюсти 2 условия:

1. Между фольгированной стороной утеплителя и соседней поверхностью делается воздушная прослойка. Тогда «Пенофол» станет отражать примерно 95% инфракрасного теплового излучения.
2. Пористая основа полиэтилена не должна сдавливаться внешней статической нагрузкой. Кратковременное динамическое воздействие допустимо. Пример: укладка материала под ламинат в качестве тепло– и звукоизоляционной подложки.

Примечание. Требование по устройству воздушного просвета важно соблюдать при утеплении деревянного дома. Общеизвестно, что пористая и «дышащая» структура древесины плохо переносит длительный контакт с любыми влагонепроницаемыми полимерами и постепенно начинает гнить. Прослойка работает в качестве вентиляционного продуха, отводящего водяные пары.

Схема изоляции скатной кровли двухсторонним фольгированным утеплителем
Теперь отдельно разберем теплоизоляцию различных строительных конструкций с применением «Пенофола».

Обшивка потолка и кровли

Предварительное утепление скатов чердачной кровли предлагается делать по следующей схеме (представлена выше на чертеже):

1. Поверх стропил горизонтально укладывается гидроизоляция – диффузионная мембрана, минимальный нахлест – 100 мм. Порядок крепления полотен – снизу вверх.
2. Мембрана прижимается к балкам брусками контробрешетки, к ним прибиваются горизонтальные доски основной обрешетки. Сверху монтируется кровельное покрытие – металлочерепица, шифер, профилированный лист и так далее.
3. Изнутри к стропилам крепятся горизонтальные брусья 50—60 мм толщиной, шаг установки – 60 см.

4. К брусьям пристреливается трехслойный «Пенофол» типа В с двумя фольгированными поверхностями. Заметьте, тонкий утеплитель обходит стропила таким образом, чтобы с обеих сторон оставался просвет.
5. К торцам брусков вертикально привинчивается внутренняя обшивка – вагонка, влагостойкий гипсокартон, панели ДСП либо другие отделочные материалы.

Внимание! Рулон «Пенофола» раскатывается по поверхности вертикально, соседние полотна укладываются встык, а не внахлест. Швы тщательно проклеиваем алюминиевым скотчем.

Для проклеивания стыков применяется монтажная лента шириной не менее 50 мм
В данном случае утеплитель отражает тепловые потоки с обеих сторон, что весьма полезно в летний период, когда металлическая крыша сильно разогревается. Внутренняя прослойка остается невентилируемой, влага из наружного продуха удаляется сквозь мембрану. Поскольку «Пенофол» служит преградой пару, на чердаке необходимо организовать естественную вытяжку посредством отдельного вентканала.

Обратите внимание, выше на чертеже допущена неточность – отсутствует внешняя контробрешетка, создающая вентиляционный продух над супердиффузионной мембраной. На следующем варианте схемы, где показан теплоизоляционный «пирог» мансардной крыши, каркас обрешетки хорошо виден. Чем отличается данный способ обшивки:

1. Между стропил находится мощный слой основного утеплителя — 120—200 мм минеральной ваты.
2. Снизу минвата подшита двухслойным «Пенофолом» типа А прямо по торцам балок. Алюминий обращен внутрь мансардной комнаты, полотна развернуты горизонтально.
3. Между полиэтиленовым и минераловатным утеплителем оставлен просвет 2—3 см, со стороны фольги – около 4 см.
4. Бруски под внутреннюю отделку приколачиваем к торцам балок прямо сквозь слой полиэтилена.

Фольгированная поверхность обращена внутрь комнаты, между ней и облицовкой предусмотрен зазор
На разрезе хорошо видно, что «Пенофол» играет роль дополнительного изолятора и паробарьера – традиционная пленка изнутри не применяется. Образующаяся в минеральной вате влага выводится через верхний продух и гидроизоляционную мембрану. Пары от жизнедеятельности людей удаляются приточно-вытяжной вентиляцией.

Совет. При работе с «Пенофолом» важно понять суть: перед фольгой всегда оставляем прослойку, полиэтиленовую основу укладываем вплотную к строительным конструкциям. Полотна соединяем только встык.

Потолки утепляются по аналогичному принципу:

1. Если со стороны чердака деревянное перекрытие засыпано керамзитом, опилками либо камышом, достаточно проложить 1 слой «Пенофола» типа В, устроив просветы с помощью обрешетки.
2. К бетонному потолку можно клеить материал типа С напрямую, фольгой книзу. Дальше монтируйте каркас для крепления ГКЛ или другой отделки.
3. Когда необходима капитальная изоляция потолка, воспользуйтесь мансардной схемой, только без мембраны и наружной обрешетки. Установите каркас из брусьев либо оцинкованных профилей, меж ними враспор вставьте основной утеплитель, затем подшейте снизу пенополиэтиленом типа А.

Если «Пенофол» является единственным изолятором теплового потока (что не всегда правильно), выбирайте максимальную толщину материала – 8…10 мм. В тандеме с другими утеплителями хорошо работает лист толщиной 3—4 мм.

Теплоизоляция стен

Если вы внимательно изучили предыдущий раздел, то быстро поймете, как утеплять «Пеонофолом» стены. Как правило, материал используется для внутренней обшивки 3 способами:

• с одной воздушной прослойкой по каркасу из бруса толщиной 2—3 см;
• с двумя продухами по обрешетке из бруса 40—50 мм;
• как внутренняя пароизоляция в составе полноценного «пирога».

Важный момент. Для утепления стен изнутри лучше использовать влагонепроницаемые материалы – экструдированный пенополистирол либо напыляемый пенополиуретан. Точка росы наверняка попадет в толщу изолятора, но пар никогда не выйдет из мельчайших закрытых пор. Кстати, пенопласт лучше не покупать – он способен пропускать влагу.

Схемы внутренней изоляции Пенофолом типа А (слева) и типа В (справа)
В брусовых, бревенчатых и каркасных домах «Пенофол» нужно крепить степлером к обрешетке, дабы обеспечить пустоту 2—3 см со стороны алюминия. Ограждения из пеноблоков и газобетона с открытыми порами обшиваются по аналогичной технологии.

Пенофол

Это многослойное покрытие, в основе которого – вспененный полиэтилен. С одной или двух сторон он закрыт фольгированным слоем. Утеплитель данного вида может отличаться по плотности, структуре и толщине. Пенополиэтилен фольгированный имеет преимущество – дополнительно отражает тепло, исходящее из помещения, благодаря этому снижаются теплопотери. Характеристики вспененного материала:

• температурный режим: –60…+100°С;
• высокий коэффициент отражения тепла (97%);
• небольшая теплопроводность – 0,035 Вт/(м*К).

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.

Рекомендации по монтажу

Для утепления двери достаточно снять мерки, подготовить необходимый пласт пенополиэтилена и закрепить сверху дерматином или кожей. В доме вспененную теплоизоляцию можно монтировать под гипсокартон, что значительно улучшит теплосохранение и выровняет стены и пол.

Укладывать НПЭ внахлест не рекомендуется, только стык встык, проклеивая получившиеся швы с целью обеспечения полноценной изоляции.

На балконе или лоджии целесообразнее использовать пенополиэтилен с защитной пленкой от солнечных лучей или же фольгированный пенополиэтилен. Балкон, таким образом, будет надежно защищен от влаги и шума, а благодаря малому весу и объему, его площадь не изменится.

Не каждый теплоизолятор имеет столько достоинств, как вспененный полиэтилен для утепления, и способен с ним конкурировать. Возможность адаптации под любую заданную форму без потери первоначальных качеств, экологичность, ценовая доступность и другие не менее привлекательные свойства делают его более чем интересным для потребителя.