Полиэтилен: свойства и применение

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.

Описание и свойства

Этот материал подразделяется непосредственно по своей структуре на две основные, главные разновидности:

  • НПЭ или попросту – несшитый;
  • Х(Ф)ППЭ, попросту – сшитый.

Несшитый тип материала – это материал, производимый с задействованием экструдера из твердых полимерных продуктов и газов бутана и пропана. Данная разновидность представляет собой линейные цепочки из молекул без наличия промежуточных связей, поэтому он легко сминается, комкается и не распрямляется после прекращения механического воздействия.

Сшитый тип материала в свою очередь подразделяется на два больших вида:

  • с физической «прошивкой», обозначается аббревиатурой ФППЭ;
  • с химической «прошивкой», обозначен бывает аббревиатурой ХППЭ.

Основное отличие этого типа от первого с точки зрения любого химика-технолога в том, что молекулы имеют не только линейную, но и поперечную связь, то есть – «прошиты» между собой.

Различие физических и химических методик «сшива» в том, что в первом случае установление поперечных связей происходит за счет воздействия электронов, а во втором – химических реактивов, а именно – свободных радикалов.

Сшитый материал имеет заметные внешние отличия – у него более маленькие пузыри, то есть – ячейки, он гораздо плотнее и намного лучше держит форму.

Сшитый и несшитый типы материала отличаются и своими свойствами – сшитый тип характеризуется низкой теплопроводимостью, он паронепроницаем, легко поддается сжатию и возвращает изначальную форму, а также отлично поглощает звук, например, музыки, или любой шум. Несшитый, соответственно, обладает более низкими показателями, но имеет и ряд уникальных преимуществ.

К общим для обоих типов материала свойствам, характеризующим их, нужно отнести:

  • абсолютную водоустойчивость;
  • устойчивость к деятельности любых микроорганизмов;
  • устойчивость к щелочному и другому химическому воздействию;
  • отсутствие какого-либо взаимодействия с окружающей средой;
  • легкость при монтаже в любой области применения материала.

Сшитый тип материала стоит дороже несшитого, поэтому, планируя его использовать стоит подумать, так ли необходим полиэтилен со «сшивкой» или будет достаточно более экономичного, не «прошитого» варианта.

И тот и другой тип материала покрывают фольгой, в продаже такая разновидность называется «вспененный полиэтилен фольгированный». Алюминиевая фольга сваривается с полиэтиленом при помощи процедуры термической сварки, а ее поверхностный, наружный слой полируется.

Использование фольги не только увеличивает такой показатель, как толщина вспененного полиэтилена, но и значительно усиливает его характерные свойства:

  • тепловая изоляция возрастает до 97% по сравнению с базовой;
  • пароизоляция так же повышается в разы, за счет ликвидации образования конденсата;
  • на звукоизоляцию практически нет влияния, хотя описывающие инструкции допускают эффект «отражения» звука.

Главное достоинство сочетания материала с фольгой в увеличении тепловой изоляции, к примеру, всего лишь слой в 10 мм утеплителя из вспененного полиэтилена удерживает столько же тепла, что и кирпичная (красный кирпич) кладка толщиной в 15-20 см.

Вспененный полиэтилен термофлекс с фольгой выпускается в таких видах:

  • односторонний, этот тип материала наклеивается на предмет утепления или оборачивается вокруг, слоем фольги наружу;
  • двухсторонний, идеально подходит для внутренних помещений и перегородок, изоляция из вспененного полиэтилена с двух сторон «укутанного» фольгой, одинаково выполняет свои функции, независимо от изменения направления потоков тепла, волн звука или шумов;
  • односторонний с клеевой основой, это «усовершенствованный» односторонний тип, разница лишь в том, что к нему не нужно приобретать клей;
  • односторонний с пленочным ламинированием, тот же односторонний, но слой фольги усилен пленочным листом, надежно защищающим ее от механических повреждений;
  • с принудительной перфорацией – это попытка совместить качества полного изолятора и «дышащего» материала, отзывы о нем крайне противоречивы, но именно этот тип вспененного полиэтилена для труб отопления и водопровода подходит лучше всего.

Так же, следует упомянуть о том, что монтаж данного материала – самый простой из всех монтажных работ по утеплению и изоляции помещений, материал очень мало весит, а для оклейки вспененным полиэтиленом листовым помещения достаточно одной пары рук.

Переработка отходов

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

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.

Виды и характеристики вспененного полиэтилена

По структуре различают такие виды пенополиэтилена:

  • «несшитый» (сокращенно НПЭ);
  • «сшитый» (сокращенно ФППЭ или ХППЭ в зависимости от технологии).

Для получения НПЭ используют экструдер. В камере этого аппарата твердый полиэтилен, полученный при полимеризации, расплавляется, а затем в нем под давлением растворяются газы пропан и бутан.

После получения однородного раствора эта горячая смесь попадает в форму, где давление равно атмосферному. Газы при снижении давления выделяются из расплава в виде мелких пузырьков, вспенивающих жидкий пластик. Через короткое время пена, заполнив форму, застывает.

«Несшитый» пенополиэтилен состоит из длинных линейных молекул полимера, не связанных между собой химической связью. Такой материал имеет низкую плотность, рыхлую структуру, легко гнется, под давлением сминается и не восстанавливает свою структуру после снятия давления.

«Сшитый» пенополиэтилен также получают путем вспенивания насыщенного газами расплава. Различают два его вида:

  • физически «сшитый» (ФППЭ);
  • химически «сшитый» (ХППЭ).

Длинные линейные молекулы полимера в этом случае соединяются друг с другом в более крупные молекулы химической связью (или, как говорят, «сшиваются»).

В первом случае эту реакцию вызывает поток электронов высокой энергии из ускорителя. Во втором – добавка реактива, который разлагается при нагревании с образованием свободных радикалов.

Структура полученного полимера значительно отличается от структуры «несшитого»: ячейки намного мельче, материал имеет немного большую плотность.

Свойства также различаются: «сшитый» ППЭ имеет более низкую теплопроводность и паропроницаемость, хорошо сопротивляется сжатию, выдерживая без деформации довольно высокое давление, гораздо лучше поглощает звуки, чем «несшитый».

Основные характеристики ППЭ (ФППЭ и ХППЭ) НПЭ
Плотность, кг/м³ 33 25
Диапазон рабочих температур, °C –60 … +105 –60 … +75
Коэффициент теплопроводности, Вт/м·К 0.031 0,045–0,055
Паропроницаемость, мг/(м·ч·Па) 0,001–0,0015 0.003
Прочность на сжатие, МПа 0.035 легко сминается

Общие свойства:

  1. Отличная водоустойчивость. Материалы обоих видов не взаимодействуют с водой десятилетиями.
  2. Едкие реактивы (кислоты, щелочи) и растворители (нефтепродукты) практически не влияют на ППЭ.
  3. Легкость позволяет делать монтаж вручную.
  4. Бактерии и грибки не разрушают пенополиэтилен.
  5. ППЭ не влияет на окружающую среду.

Отличия разных видов:

  1. Имея более плотную структуру, «сшитый» ППЭ намного лучше поглощает звуки, поэтому применяется не только для утепления, но и для звукоизоляции помещений. «Несшитый» аналог как поглотитель звуков малоэффективен.
  2. Хорошая прочность на сжатие позволяет использовать «сшитый» ППЭ для утепления полов: он не сминается и не теряет свойств. НПЭ можно применять только без механической нагрузки.
  3. Более низкий коэффициент теплопроводности «сшитого» ППЭ делает его более эффективным теплоизолятором. При прочих равных условиях можно укладывать ППЭ на 20–30% более тонким слоем, чем НПЭ.
  4. Более высокая теплостойкость позволяет использовать «сшитый» ППЭ в более жестких условиях, чем НПЭ (например, для утепления стены внутри помещения за батареей отопления).

Технология производства

Химическая сшивка

На фото изображён химически сшитый пенополиэтилен

  1. Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки.

    Физически сшитый пенополиэтилен

  2. Нагрев матрикса, вследствие чего происходит сшивка с одновременным вспениванием материала.

Химически сшитый пенополиэтилен эластичен, имеет мелко пористую структуру (размер пор <1 мм). Пора закрытая (в отличие от поролона) поверхность со значительной шероховатостью.

Физическая сшивка
  1. Смешение и гомогенизация компонентов, основными из которых являются полиэтилен низкой плотности (LDPE). В состав также входят вспениватель, катализаторы вспенивания, стабилизаторы и другие добавки;
  2. Облучение экструдированного листа быстрыми электронами, которые генерируются ускорителем, содержащим эмиттер электронов и систему их разгона до требуемых уровней энергии;
  3. Вспенивание облучённого экструдированного листа в специальной печи вспенивания, содержащей ряд функциональных зон и несколько типов источников нагрева — получение собственно физически сшитого пенополиэтилена.

Физически сшитый пенополиэтилен эластичен, имеет микропористую структуру. Пора закрытая. Поверхность гладкая.

Технологии производства сшитого полиэтилена PE-X для труб
  1. Пероксидная (нагрев в присутствии пероксидов), при которой получают материал с обозначением PEX-A. Трубы PEX-A обладают лучшими характеристиками устойчивости к нагрузкам среди всех разновидностей. Сшивание пероксидом позволяет скрепить до 90% макромолекул. При разматывании бухты они быстро выпрямляются и хорошо держат форму. На изгибах (в пределах допустимых норм и соблюдении технологии) не заламываются;
  2. Силановая (обработка влагой, в которую предварительно был имплантирован силан + катализатор), при которой получают материал с обозначением PEX-B. Сшивка силаном даёт около 80% скрепления молекул исходного полимера. Производственный процесс проходит в два этапа. На первом полимер насыщается силаном, на втором – насыщается дополнительной водой (гидратируется). Трубы не уступают по прочности пероксидным, но менее эластичны и хуже восстанавливают первоначальную форму;
  3. Электронная (бомбардировка электронами), при которой получают материал PEX-C. Здесь применяется радиоактивное излучение для сшивки полимеров, выход поперечных связей в готовом материале составляет около 60% от общего числа возможных. В процессе материал бомбардируется электронами. Выходные характеристики материала зависят от пространственной ориентации при производстве. Трубы получаются не слишком гибкими, склонными к заломам. Заломы устранить можно только с помощью соединительной муфты;
  4. Азотная, при которой получают материал с обозначением PEX-D. Полезный выход здесь около 70%, что больше, чем у PEX-C. Однако эта технология самая сложная в практической реализации и производители от её использования постепенно отказываются

Производство пенополиэтилена

В настоящее время известны два вида пенополиэтилена, получаемые разными способами. Условно их подразделяют на:

  • сшитые пены (обозначается как ППЭ — пенополиэтилен)
  • несшитые пены (обозначается как НПЭ — несшитый пенополиэтилен)

Сшитые пены

Вспененный полиэтилен, производится на сложной технологической линии со ступепенчатым нагревом. Его выходные параметры определяются соотношением полиэтилена и вспенивающих и функциональных добавок. Благодаря этому лист ППЭ можно сделать с минимальным отклонениями от заданных параметров (± 0,1 мм по толщине и ± 1 кг/м3 по плотности). Материал имеет ровную поверхность и мелкоячеистую структуру с закрытой порой. За счет этого более устойчив к необратимым разрушениям под действием высоких точечных нагрузок чем НПЭ. Экологической безопасен, из него изготавливают туристические и спортивные коврики. Имеет отличные эксплуатационные свойства Различают два вида сшитого пенополиэтилена:

— химически сшитый


— физически сшитый

Статья о Сшитом пенополиэтилене

Несшитые пены

Получаются при вспенивании полиэтилена пропан-бутановой смесью или разрешенными фреонами. В экструдере под давлением происходит расплав и смешивание полиэтилена со вспенивающим реагентом (как правило, пропан-бутановой смесью). При выходе из экструдера за счет уменьшения внешнего давления газ расширяется, и, таким образом получается газонаполненный пузырь. Так как температура при выходе из экструдера резко падает, вышедшая пузырьковая пена затвердевает и образуется пенополиэтилен. По ряду целевых характеристик (теплопроводности, снижению уровня ударного шума, звукопоглощению, паронепроницаемости) не уступает ППЭ. За счет того, что НПЭ в 2,5-5 раз дешевле чем ППЭ широко применяется в качестве тепло-, звукоизоляции, ложементов, упаковки и т.д.

Рекомендации к эксплуатации

Материал состоит из нескольких слоев, каждый из которых имеет свое предназначение. При определенной специфике применения часть свойств не проявляется, что делает их бесполезными. Соответственно, в такой ситуации можно применить другой подвид пенополиэтилена и сэкономить на ненужных дополнениях, например, фольгированном слое. Или, наоборот, вид материала не соответствует специфике применения и неэффективен ввиду отсутствия нужных качеств.

Возможны следующие варианты:

  • При заливке бетоном, подкладывании под теплый пол или в других схожих ситуациях фольгированная поверхность не дает отражающего эффекта, так как ее рабочая среда – воздушная прослойка, отсутствующая в таких конструкциях.
  • Если для отражения инфракрасного отопительного прибора используется пенополиэтилен без фольгированной прослойки, то эффективность переизлучения тепла почти отсутствует. Только нагретый воздух будет задерживаться.
  • Высокими теплоизолирующими свойствами обладает только прослойка пенополиэтилена, на прослойку фольги или пленки это свойство не распространяется.

3 Технология изготовления утеплителей

Трубная теплоизоляция из вспененного полиэтилена производится в виде гильз длиною в 2 метра. Варьируются лишь толщина и диаметр утеплителя.

Толщина материала может составлять 20, 13, 9, либо 6 миллиметров. Существует огромное количество стандартов диаметра гильзы, которые колеблются в пределах от 12 до 200 мм. В промышленности наиболее востребованными являются утеплители с внутренним диаметром 150 и 100 мм.

Вспененный полиэтилен как и теплоизоляционные цилиндры Rockwool для производства утеплителей изготавливается, как правило, методом химического вспенивания с применением соответствующих реагентов.

В основе химического метода заложена реакция, которая происходит при взаимодействии азодикарбонамида с мономером этилена, во время которой происходит изменение структуры мономера. Во время реакции изначальное сырье расплавляется, и приобретает сетчатую структуру, которая застывает при понижении температуры до заданного уровня.

Алгоритм производства вспененного полиэтилена следующий: в экструдер заправляется мономер, который смешивается со вспенивающим реагентом, после чего происходит повышение температуры, до уровня, при котором осуществляется реакция вспенивания. В процессе вспенивания изначальное сырье увеличивается в размере почти в 20 раз.

Помимо вспенивающего реагента в сырье добавляются разнообразные спецдобавки, которые придают итоговому изделию требуемые свойства – огнеупорность, эластичность, и т. д.

Фольгированный полиэтиленовый утеплитель

3.1 Преимущества и недостатки

Сравнив утеплители для трубопроводов из вспененного полиэтилена и утеплители из остальных материалов (пенополистирола, пенополиуретана), можно сделать выводы, что рассматриваемый нами материал обладает следующими преимуществами:

  • Благодаря низкому коэффициенту теплопроводности для эффективной теплоизоляции труб требуется утеплитель сравнительно небольшой толщины;
  • Утеплитель обладает высокой механической прочностью к растяжению, также он хорошо восстанавливает свою форму после деформаций;
  • Химическая устойчивость как у утепления канализационных труб в грунте позволяет теплоизоляции не бояться большинства строительных растворов, таких как бетон, известь, гипс и цемент;
  • Гидрофобность материала гарантирует защиту труб от влаги, что позитивным образом сказывается на их долговечности;
  • Простой монтаж – теплоизоляция для трубопроводов из вспененного полиэтилена выпускается в форме гильз, что дает возможность быстро утеплить трубы без каких-либо дополнительных инструментов;
  • Полиэтилен не боится влаги, на нем не образовывается грибок и плесень;
  • Одним из неоспоримых преимуществ такого утеплителя является стоимость – он почти в два раза дешевле, чем теплоизоляция из пенополистирола и пенополиуретана. Этот фактор делает вспененный полиэтилен наиболее рентабельным материалом для утепления больших трубопроводов;
  • Утеплитель полностью безопасен как для окружающей среды, так и для здоровья человека, что позволяет использовать такую теплоизоляцию не только в промышленности, но и в медицине и при пищевой отрасли.

Единственным существенным недостатком, который может ограничивать применение такой теплоизоляции в сферах промышленности, где выдвигаются высокие требования к пожарной безопасности, является горючесть.

Инструкция по применению

Монтировать вспененный полиэтилен в форме полых цилиндров и рулонов быстро и легко. При применении на новом трубопроводе или утеплении существующей магистрали порядок работы не различается.

Первым делом отопительную и водопроводную системы необходимо отключить. А также перед установкой изоляции следует подготовить поверхность труб: провести очистку от грязи и мусора, зачистить от ржавчины.

При монтаже на новую систему инженерных коммуникаций крепление трубки пенополиэтилена может осуществляться на этапе сборки конструкции или по завершении соединения комплекса. Если установка проходит во время соединения трубопровода, то предварительно на участок трубы надевается изоляционный короб. Если утеплитель крепится на смонтированную гидросистему, цилиндр раскрывается с одной стороны и монтируется на готовые трубы.


Продольный стык между отрезками утеплителя закрепляют фольгированным скотчем. Пространство между трубой и пенополиэтиленом не проклеивается, чтобы в случае ремонта можно было демонтировать изоляцию и использовать повторно.

Когда на участке трубопровода есть стыки и врезки большего диаметра, чем основной, то может понадобиться теплоизоляция разного размера. Сначала утепляют основной отрезок. Более широкий стык между трубами изолируют материалом с большим внутренним калибром, который размещают внахлест в обе стороны. Если есть отводы и изгиб трубопровода, то углы тоже нуждаются в теплоизоляции.

Для этого от рулона отрезается фрагмент, равный диаметру трубы, утеплителем обматывается участок, стык фиксируется скотчем. Монтажные работы продолжают по всей площади до завершения трубопровода.

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.

Заключение

На российском рынке ППЭ с 2010 года наблюдается непрерывный рост. За это время отечественные производители практически полностью вытеснили зарубежных конкурентов, поскольку их продукция не отстает ни по качеству, ни по марочному составу.

Главной отраслевой проблемой считается постоянный рост цен на сырье. Поэтому сегмент ППЭ представляет значительный интерес для производителей вторичной гранулы хорошего качества.

Вспененный полиэтилен — все более распространенный материал в строительстве, использующийся как утеплитель для труб, пола и стен, для шумоизоляции. Его относительно низкая стоимость позволяет использовать ППЭ в других видах промышленности, изготавливая различные изделия и предметы.


С этим читают