EPS塑料原料特性
EPS是一种热塑性材料,经加热发泡以后,每立方分米体积内含有300~600万个独立密闭气泡,内含空气的体积为98%以上,这样的结构使它具有许多特性。
一,保温隔热性能
EPS具有良好的保温性能是因为它由完全封闭的多面体形蜂窝构成,蜂窝的直径0.08~0.15mm,蜂窝壁厚为0.001mm。 EPS由约98%的空气和2%的聚苯乙烯组成。 截留在蜂窝内的空气是一种热的不良导体,因而对EPS的热绝缘(保温)性能起决定性的作用。 与含有其他气体的泡沫塑料不同,空气长期留在蜂窝内,所以保温效果稳定不变。
(一)导热系数
导热系数取决于密度和温度。 EPS厚度减少,热辐射的透过率上升,当厚度低于10mm时尤为明显。 EPS的含水量对导热系数影响显着,每吸收1%体积的水,导热系数上升3.4%,因此,在任何墙体结构里,隔热层必须放在远离可能产生冷凝水的地方。
随着环境温度的下降,EPS泡沫塑料的导热系数将随之下降。 EPS泡沫塑料适用于温度较低的环境之中。 因为传导与辐射在不同程度上随制件的密度(即泡孔的壁厚)而变化,当EPS密度过大或过小时,其导热系数都将增加。 在常温下,当EPS泡沫塑料的密度在30~40kg/m 3时,其导热系数--。
根据上述特性,我们若要选择EPS泡沫塑料作绝热材料时,首先,环境温度要小于75℃,环境温度越低,其导热系数越低,即绝热性能越好。 其次,我们还应选择密度合理的EPS泡沫塑料作为绝热材料。 若我们仅从导热系数出发,则可选取密度为30~40kg/m 3左右的EPS泡沫塑料为好,随着EPS的密度上升,EPS的强度也将上升,但是,材料消耗增加,成本也必将上升。 所以,我们在选择EPS泡沫塑料的密度时,应该综合考虑其导热系数、强度及生产成本等诸多因素。
另外,还需指出,除了上述的EPS泡沫塑料的密度以外,EPS的分子量(一般常用相对粘度值来表示),EPS颗粒的 大小,发泡成型以后的粘接程度(熔结性),以及EPS发泡以后其本身的孔径等等,这些因素也多少对EPS泡沫塑料的导热系数有所影响。 显然,我们要求EPS制品成型后,其粘结程度要良好,颗粒度要求偏小些,且一般可选在10~25目之间,并应使颗粒直径大小相对均匀。 至于EPS预发后的孔径,即其内部具有的细孔,则要求愈细密愈好。 而预发后EPS珠粒孔径的大小,则主要与EPS原料的工艺特点有 关。 细密孔径的发泡EPS珠粒,能减少对流、传导和辐射热量的传递,因而这样的EPS珠粒成型品能具有良好的绝热性能。
由上可见,各种不同EPS原料,其导热系数可能稍有差别,但是相差并不大。
(二)使用温度
EPS泡沫--容许使用温度主要取决于在热条件下所受应力的时间和大小。 在不受破坏应力的前提下,EPS泡沫短时间可以耐高温达95℃以上。 然而,在某些情况下,比如沥青铺摊或热熔粘结剂,很短时间里,接触温度可高达110℃,EPS泡沫也是可以承受的。 随着模塑密度的提高,其热稳定性提高,而--可容许使用温度并没有改变。 在不受任何应力情况下,EPS泡沫--可使用温度为85℃。
泡沫结构的聚苯乙烯是一种非结晶塑料,从-180℃到玻璃化转变温度95℃不会表现出根本上的结构变化,因此,可以长期在极低的温度下使用。
二,力学性能
EPS泡沫塑料的变形量是随负载时间的增大而加大。 只有在生产两天后才能达到它的承载能力。 刚刚出模的制件对压力很敏感,因为泡孔中蒸汽和残留发泡剂的冷凝会导致部分真空,这要等到泡孔吸入空气后才能达到压力平衡。 放置一段时间可以让残留发泡剂发散出去是必要的,因为发泡剂对制件有软化作用。
EPS泡沫塑料属于硬性泡沫塑料类。 在荷载情况下,它呈现粘弹性,这是一种脆硬性材料所具有的特性。 弯曲强度、压缩强度和抗拉强度都与EPS泡沫塑料的表观密度成正比。
三,吸水性能
与其他许多泡沫塑料不一样,EPS泡沫塑料是不吸湿的,即使将它浸没在水中,也仅仅吸很少量的水,由于蜂窝壁是不透水的,水仅能从熔融的蜂窝之 间微小通道透入泡沫塑料,不言而喻,吸收的水量(透入的水量)取决于EPS泡沫塑料原材料在加工时的性能和加工条件(特别在发泡时)。 随着EPS泡沫制件密度的提高,水的吸收和水蒸汽的透过率下降,水蒸汽的扩散阻力系数上升。 对一定模塑制件的密度而言,珠粒间熔结越好,水蒸汽扩散阻力越大。
四,尺寸稳定性
当EPS泡沫塑料脱模后,冷却和其他过程会导致某种尺寸变化。 制件收缩是指生产出24小时后的制品尺寸与模具尺寸的差值。 这种收缩可能达到1%。 通常,制件密度越高,收缩越小,但也会受加工条件的影响。 相对而言,较低的蒸汽温 度或较慢的冷却速度会减少收缩,而较高的蒸汽温 度或急冷可能导致高于1%的收缩变形。 EPS泡沫塑料的尺寸变化可分为热效应和后收缩两种尺寸变化。
a)热效应引起的尺寸变化
EPS热膨胀系数为0.05~0.07mm/℃。 这就是说大约17℃的温度变化就会引起0.1%(1mm/m)的(可逆的)尺寸变化。
b)后收缩引起大的尺寸变化
后收缩是指由于EPS制件中残留发泡剂向外扩散而导致进一步的尺寸变化。 这个过程可能需要几天或几周,取决于发泡制件的表面积与体积之比。 残留发泡剂的含量越高,制件后收缩越大。 根据加工条件和原料的密度,EPS板材的后收缩量为0.3%~0.5%。 之后便减小到极限值。 因此,设计时就不必考虑后收缩问题了。
对于EPS板材,尤其要考虑可能发生的模制后收缩,以防止板与板之间产生收缩间隙。 所以板材一般应该在残留模制后收缩值低于3mm(≤0.3%)时才能安装使用。 对于通常厚度板材,意味着在**后切割成型前至少保证6周储存期。 若要求很小的后收缩量,则在投入使用前必须先将板材存放相当长的一段时间。
五,化学稳定性
泡沫塑料长时间暴露在高能量辐射(即UV短波,X射线和γ射线)下会起变化。 长期暴露在紫外线照射下,泡沫塑料的表面便转黄并变脆,风吹雨打可能会侵蚀它,但这种影响可用简单方法加以预防,如施以油漆,覆盖层和采取分层处理解决。 在室内,由于紫外线量很小,泡沫塑料不受影响。
EPS可耐受许多化学物质,稀酸和稀碱、甲醇和异丙醇、水溶性油漆和水溶性粘结剂、石膏、石灰混凝土、硅油和不含溶剂的沥青等都不会破坏产品。
在长时间暴露的情况下,石腊油、蔬菜或动物油和脂肪、柴油和凡士林可能破坏泡沫的表面并导致收缩。 EPS泡沫制品不耐有机溶剂,如碳氢化合物、氯化碳氢化合物、酮和酯。 这些物质会在许多油漆、粘结剂或清洁剂里出现。 无水冰醋酸、硝酸和硫酸也会破坏泡沫材料。 果皮和柑桔汁中的香精亦可与EPS起化学反应。
六,电性能
由于EPS泡沫塑料具有较低的导电性能,因此它易产生自身带电现象,特别是其生产过程中难免要遇到不同程度的摩擦。 这样,带静电的珠粒会吸附在管道中,造成管道的堵塞;而制成的包装产品带上静电,既容易吸尘,又会对某些电器产品造成影响。 但对多数用户来讲,没有这方面要求,所以并不受影响,因其仅有少量的电荷存在。 然而对某些特殊工业的用户来说,EPS的静电就可能对其器件产生危害,特别是现代电器中大规模集成块结构元件等。 为此,完全有必要对一些EPS包装增添防静电保护剂,即增加EPS泡沫塑料自身的导电性能。
七,防火性能
a)EPS的阻燃性能
EPS是一种有机碳氢化合物,加上其本身发泡后的多孔状态,以及含有残留石油气,所以一般的EPS制品是一种易燃物品,可以被火点燃,燃烧时发 光,即使离开火焰仍然继续燃烧并有浓烟和熔融滴粒。 自燃和外部点燃的温度分别是490℃和296℃。 未加阻燃剂的普通EPS泡沫归类为“易燃类”,遇火即燃烧,而且火焰迅速蔓延到整个表面,如果有足够的氧气,并且烟雾被排出,则EPS将完全燃烧。 故在储存、使用过程中需加以留心,特别是不能遇到明火,并应严格隔离其他火源,注意原料仓库等生产场地的通风等。 EPS燃烧时可以采用所有的消防器材来加以扑灭,也可以用水来加以灭火。
火灾预防中要考虑的另一个因素是热的释放。 EPS的燃烧值是40436KJ/kg,并不一定意味着EPS泡沫塑料燃烧时放出很多的热量,在这种情况下主要因素是燃烧速率。 由于它们是低重量物品,所以EPS用作保温和用于包装物时,在火灾中并不会放出很多热来助燃。
EPS泡沫塑料着火性能(除材料本身的性质外)还取决于很多因素,这些因素包括物品的性质,即它们的几何特征、表面积、与其他物品的近似程度、 火源、复合结构、火源的性质和能量、面对火源的时间长短,以及热的处理和通风。 所有这些因素在评价使用EPS泡沫塑料所涉及的火灾危险时都应该考虑进去,物品的表面覆面层、分层,与其他材料复合等都可改变其防火性能。
EPS制品应用与建筑、造船、冷冻车辆等领域时,必须提出一定的阻燃要求。 阻燃型EPS原料由于加入了有机卤化物等阻燃剂,因而大大地改变了其燃烧性能,扩大了EPS的使用范围。 尽管当它暴露于火焰时间较长时可能被点燃,但火焰蔓延到它的整个表面的速度是十分缓慢的。 当外界的火焰移走时,EPS泡沫塑料也就不继续燃烧,也未见留下任何余辉。 由此可见,EPS泡沫塑料并不会完全燃烧,除非它在其他更多的可燃物质的直接影响下(如木絮、松散的纸片等)。