Полистирол (PS) представляет собой естественно прозрачный термопласт, который доступен как в виде типичного твердого пластика, так и в виде жесткого вспененного материала. Пластик PS обычно используется в различных потребительских товарах, а также особенно полезен для коммерческой упаковки. В 1941 году Dow Chemical Company изобрела запатентованный процесс изготовления хорошо известного пенополистирола под торговой маркой «пенополистирол». пены, плавающей в водных путях и океане).
Твердая пластиковая форма полистирола обычно используется в медицинских устройствах, таких как пробирки или чашки Петри, или в повседневных предметах, таких как корпус ваших детекторов дыма, футляр, в котором вы покупали свои компакт-диски, и часто в качестве контейнер для таких продуктов, как йогурт или красная «одиночная» чашка, из которой вы пьете у двери багажника и/или когда проигрываете в игре в бир-понг.
В качестве упаковочного материала чаще всего используется вспененная форма полистирола. Вы, вероятно, распаковывали изготовленный на заказ корпус из пенополистирола, если вы когда-либо покупали новый телевизор или значительную часть нового оборудования, такого как торцовочная пила. Точно так же вы, вероятно, знакомы с пенопластовой упаковкой «арахис», используемой в качестве наполнителя для разных мелких предметов, отправляемых. Пенополистирол также используется для изготовления контейнеров «на вынос» и одноразовой посуды во многих ресторанах.
Каковы характеристики полистирола?
Теперь, когда мы знаем, для чего он используется, давайте рассмотрим некоторые ключевые свойства полистирола. Полистирол обычно (но не всегда) является гомополимером, что означает, что он состоит только из мономера стирола в сочетании с самим собой. В зависимости от типа полистирола его можно классифицировать как «термопластичный» или «термореактивный» материал. Название связано с тем, как пластик реагирует на тепло. Термопластические материалы становятся полностью жидкими при температуре их плавления (210-249 градусов Цельсия в случае полистирола), но они начинают течь при температуре стеклования (100 градусов Цельсия для полистирола). Основным полезным свойством термопластов является то, что их можно нагревать до точки плавления, охлаждать и снова нагревать без существенной деградации. Вместо сжигания термопласты разжижаются, что позволяет легко производить их литье под давлением, а затем перерабатывать. Термореактивные пластмассы, напротив, не разжижаются после того, как они «застыли» в твердой форме.
Напротив, термореактивные пластмассы можно нагревать только один раз (обычно в процессе литья под давлением). Первый нагрев вызывает схватывание термореактивных материалов (аналогично двухкомпонентной эпоксидной смоле), что приводит к химическому изменению, которое невозможно обратить. Если вы попытаетесь нагреть термореактивный пластик до высокой температуры во второй раз, он просто сгорит. Эта характеристика делает термореактивные материалы плохими кандидатами на переработку.
Почему так часто используют полистирол?
Полистирол особенно полезен для его применения в виде пены. Это безудержный лидер в упаковочной промышленности, но он также имеет широкий спектр применения в качестве традиционного пластика. В Creative Mechanisms мы использовали полистирол в ряде приложений в различных отраслях промышленности. В течение многих лет полистирол, или, как его часто называют просто стирол, использовался в качестве материала для прототипирования — в основном по тем же причинам, по которым мы сейчас используем АБС. Он недорогой, легкодоступный, белого цвета, хорошо склеивается, шлифуется, режется и окрашивается. Буква «S» в слове ABS — это стирол. Многие пожилые инженеры и дизайнеры, которые некоторое время работают в отрасли, будут просить модель из стирола, когда им нужен быстрый и грязный прототип. У нас еще много листов стирола в магазине Creative Mechanisms. Мы будем использовать их для создания быстрых тестовых моделей, образцов краски, вакуумно- или термоформованных прототипов или больших моделей, которые можно создавать из плоских листов.
Мы также видели полистирол, используемый в качестве материала для живых петель (как правило, полипропилен лучше всего подходит для живых петель). Существуют прозрачные одноразовые контейнеры из полистирола (например, контейнер для хот-догов от WaWa или в ближайшем магазине для тех, кто живет за пределами Северо-Востока), которые функционируют как раскладушка с петлей посередине. Петля в этом случае немного отличается от вашей традиционной живой петли из полипропилена. Обычно шарнир PS представляет собой серию изгибов, которые позволяют раскладушке сгибаться и раскрываться. Независимо от того, является ли это технически живой шарнир или нет, он по-прежнему работает очень хорошо и может быть легко термоформован.
Каковы различные типы полистирола?
Три основных типа полистирола включают пенополистирол, обычный полистироловый пластик и полистирольную пленку. Среди различных типов пенопласта есть пенополистирол (EPS) и экструдированный полистирол (XPS). EPS включает в себя наиболее известные и распространенные типы полистирола, в том числе пенополистирол и упаковку арахиса. XPS — это пена более высокой плотности, обычно используемая в таких приложениях, как архитектурные модели зданий. Некоторые виды полистирола являются сополимерами. Часто гомополимер PS довольно хрупок, и его можно сделать более ударопрочным в сочетании с другими материалами (известными в этой форме как сополимер ударопрочного полистирола или HIPS). Полистирольную пленку также можно формовать в вакууме и использовать для упаковки. Пленки можно растянуть в ориентированный полистирол (OPS), который дешевле в производстве (хотя и более хрупок), чем такие альтернативы, как PP.
Как делается ПС?
Полистирол, как и другие пластмассы, начинается с перегонки углеводородного топлива в более легкие группы, называемые «фракциями», некоторые из которых объединяются с другими катализаторами для производства пластмасс (в случае полистирола в процессе полимеризации). Вы можете прочитать о процессе более подробно здесь. Пенополистирол производится с использованием «вспенивающих агентов», которые расширяются и заставляют пену образовываться в таком состоянии, что она в основном состоит из захваченного воздуха.
Полистирол (ПС) для разработки прототипов на станках с ЧПУ и 3D-принтерах:
Полистирол доступен в виде листов, стержней и различных форм. Это отличный кандидат для процессов субтрактивной обработки на станке с ЧПУ. Цвета обычно ограничены прозрачным, белым и черным, хотя цвета могут быть добавлены, и это отличный кандидат для внешней окраски. Мы слышали о фирмах, использующих ударопрочный полистирол (HIPS) в качестве наполнителя для 3D-печати (доступный в форме нити), хотя сами мы обычно его не используем.
Полистирол (PS) для литья под давлением:
Полистирол общего назначения (GPPS) и ударопрочный полистирол (HIPS), вероятно, являются наиболее часто используемыми смолами PS для литья под давлением. GPPS прозрачный, но хрупкий (вспомните футляр для компакт-диска), в то время как HIPS непрозрачный и гораздо менее хрупкий.
Токсичен ли ПС?
В целом полистирол нетоксичен и не имеет запаха. Это преобладающий пластик в пищевой упаковочной промышленности. Хотя это может заставить вас поверить, что это абсолютно безопасно, в некоторых исследованиях сообщалось о «потенциальном воздействии на здоровье пищевой упаковки из пенополистирола, связанной с ее производством, а также с выщелачиванием некоторых ее химических компонентов в продукты питания и напитки». Примечание: полистирол легко воспламеняется и, как и другие органические соединения, при горении выделяет углекислый газ и воду.
Каковы недостатки полистирола?
Полистирол очень инертен, что означает, что он не особенно хорошо реагирует ни с кислотными, ни с щелочными растворами. Эта характеристика позволяет полистиролу долгое время сохраняться в естественной среде, что представляет опасность для мусора, поскольку материал обычно выбрасывается после чрезвычайно короткого срока службы. Примечание: полистирол довольно быстро растворяется при контакте с хлорсодержащими или другими углеводородными веществами.
Использование полистирола, характеристики, производство и определение
Полистирол — это тип полимера, прозрачный, жесткий, хрупкий и умеренно прочный в немодифицированном состоянии. Это пластик, полученный путем полимеризации, который сочетает в себе строительный блок, называемый стиролом. Полистирол используется в различных формах, в том числе в виде пены, пленки и жесткого пластика, для различных применений, от упаковки пищевых продуктов до защиты электроники. В то время как использование полистирола является гибким и имеет низкую скорость усадки, он также медленно течет и может стать хрупким. Полистирол безопасен для пищевых продуктов, хотя со временем он может выщелачивать стирол. Он обычно используется в литье под давлением и производится такими компаниями, как Dow и Trinseo.
Что такое полистирол?
Полистирол, также известный как полифенилэтен, представляет собой полимер, состоящий из повторяющихся молекул, называемых стиролом. Это термопластичный полимер, то есть он размягчается и плавится при нагревании и может быть использован повторно. Это отличный электрический изолятор и устойчив к химическим веществам, таким как кислоты и щелочи. Твердый полистирол прозрачен из-за отсутствия кристаллического расположения молекул стирола. Это хрупкий материал с плохой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению. Он также имеет относительно низкую температуру стеклования 100ºC, при которой полимер начинает размягчаться перед плавлением. Полистирол имеет код вторичной переработки 6, его можно расплавлять и повторно использовать в различных формах.
Полистирол обычно комбинируют или сополимеризуют с другими соединениями для получения пластмасс с улучшенными свойствами. Например, полистирол соединяется с метилметакрилатом с образованием поли(стирол-со-метилметакрилата) или ПСММА. Полученный материал имеет более высокую прозрачность с повышенной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и химическому воздействию. Другой популярный пластик под названием акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) получается в результате сополимеризации акрилонитрила и бутадиена с полистиролом. В результате АБС обладает высокой прочностью на растяжение, свариваемостью, формуемостью и стабильностью размеров.
Каковы области применения полистирола?
Полистирол используется во всех отраслях промышленности, от игрушек и деталей товаров народного потребления до изоляционных и упаковочных материалов. Он также является ингредиентом для синтеза новых пластмасс. Полистирол используется в твердом, пленочном и вспененном виде, образует полимерную матрицу в композитах, служит основой для сополимеризованных пластмасс.
- Твердая или жесткая форма: этот тип полистирола прозрачный, жесткий, хрупкий и умеренно прочный в немодифицированном состоянии.
- Форма пены: наиболее заметным применением полистирола является пенопласт, также известный как вспененный полистирол (EPS).
- Форма фильма: Пленки из полистирола прозрачны, прочны и пригодны для печати.
- Композиты: Полистирол используется в качестве базовой полимерной матрицы для изготовления композитов, армированных волокном.
- Сополимер полистирола: полистирол обычно комбинируют с другими соединениями для синтеза пластиков с уникальными свойствами. К ним относятся ABS, SBR, SAN и HIPS.
Полистирол используется в различных областях, начиная от бытовой техники и заканчивая медицинскими изделиями и автомобильными деталями. В бытовых приборах пенополистирол используется в качестве изоляции, а его жесткая форма используется для корпусов и кожухов. Электроника также использует жесткую форму этого материала для корпусов и кожухов. Полистирол также безопасен для пищевых продуктов, поэтому он используется в сфере общественного питания в качестве жесткой посуды и контейнеров для еды и напитков, а также полистироловой пленки в качестве части упаковки мяса и еды на вынос. Медицина также использует этот материал в пробирках и чашках Петри. Строительство также выигрывает от этого материала, так как в качестве утеплителя используется пенополистирол. Другой отраслью, в которой используется полистирол, является автомобилестроение, где используется чистый полистирол для детских защитных сидений и композиты из этого материала для автомобильных кузовов и компонентов.
Тарелки и чашки могут быть изготовлены из полистирола, звукопоглощающая пена и защитная ламинация плакатов и других изделий. Ветряные турбины и коррозионно-стойкие трубы также могут быть изготовлены из полистирола. Его сополимеризованные формы ABS, SBR, SAN и HIPS могут использоваться для различных применений: от прототипов, напечатанных на 3D-принтере, до резиновых прокладок для оптических волокон и автомобильных бензобаков.
Каковы преимущества процесса литья пластмасс под давлением?
Преимуществами литья полистирола под давлением являются низкая усадка, формуемость и гибкость для использования в смешанной и вспененной форме. Полистирол, как и все термопласты, пригоден для повторного использования и легко формуется. Он также имеет низкую усадку в процессе литья пластмасс под давлением. Обычно полистирол дает усадку менее 0.5%, что мало по сравнению с другими пластиками, полученными литьем под давлением. Это свойство позволяет фиксировать сложные детали конструкции деталей. Кроме того, полистирол меньше коробится и позволяет производить детали однородной формы, что позволяет конструкторам точно прогнозировать размеры готовых деталей.
Пенополистирол также можно использовать в процессе литья под давлением, называемом формованием структурной пены, для создания жестких, но легких конструкций для различных применений. Сополимерный полистирол также подвергается литью под давлением для производства деталей с улучшенными механическими свойствами.
Каковы недостатки процесса литья пластмасс под давлением?
Недостатками процесса литья полистирола под давлением являются низкий индекс текучести расплава, высокая температура плавления и короткий диапазон температур. Полистирол плавится при относительно высокой температуре плавления от 210 ºC до 250 ºC, что требует более высоких энергозатрат для выполнения процесса литья под давлением. Полистирол также имеет низкий индекс текучести расплава с типичным значением от 12 до 16 г/10 мин, что представляет собой легкость текучести расплавленного пластика в процессе литья под давлением, измеряемую в граммах текучести пластика за 10 минут.
Температурный диапазон, при котором полистирол начинает размягчаться и плавиться, относительно невелик, и процесс необходимо тщательно контролировать и соответствующим образом проектировать. Немодифицированный полистирол также является хрупким, из-за чего детали могут выйти из строя во время извлечения деталей из формы. Должна быть тщательно продумана конструкция выталкивающего штифта, чтобы детали могли выдерживать изгибающее напряжение, возникающее во время выталкивания. Сополимеризация полистирола с такими соединениями, как каучук или бутадиен, также часто используется для улучшения ударной вязкости материала и уменьшения хрупкости пластика.
Как полистирол влияет на здоровье человека?
Полистирол влияет на здоровье человека, выделяя стирол, когда он начинает выщелачиваться после длительных периодов времени, что может повлиять на центральную нервную систему. Однако при случайном проглатывании материал заставит кого-то задохнуться, только если кусок достаточно большой. Стирол, основной строительный блок полистирола, считается потенциальным канцерогеном Международным агентством по изучению рака Всемирной организации здравоохранения. В 1980-х годах Агентство по охране окружающей среды США (EPA) смогло показать, что стирол был обнаружен в 100% образцов человеческого жира, взятых в 48 штатах США. Хроническое воздействие стирола опасно для здоровья человека. Он влияет на центральную нервную систему, вызывая головные боли, усталость и спутанность сознания.
Полистирол токсичен?
Полистирол не токсичен, но воздействие молекул стирола в течение длительного времени может вызвать различные проблемы со здоровьем. Молекулы стирола могут выщелачиваться из контейнеров из полистирола в пищу и легко попадать в организм человека. Обычно считается, что полистирол безопасен до тех пор, пока он не начнет осыпаться или не произойдет миграция стирола в виде микро- или наночастиц. Несколько научных исследований связывают воздействие стирола с риском развития рака. Молекулы стирола, вымываемые из контейнеров с едой и напитками, увеличивают вероятность проглатывания этих молекул.
Используется ли полистирол для литья пластмасс под давлением?
Да, полистирол используется для литья пластмасс под давлением; это наиболее часто используемый пластиковый материал для литьевых деталей. Полистирол можно формовать под давлением как в твердом, так и в пенном виде. Литье под давлением твердого полистирола обеспечивает такие свойства, как низкая усадка, что делает детали менее склонными к короблению. Кроме того, он хорошо фиксирует сложные детали конструкции деталей. Из-за своей высокой молекулярной массы он имеет низкий индекс текучести расплава, что может удлинить производственный цикл. Полистирол также используется в процессе, называемом формованием конструкционной пены. Это модифицированный процесс литья под давлением с процессом выдувания или вспенивания перед впрыскиванием материала в форму. Этот процесс производит детали, которые являются жесткими и легкими. Хрупкость полистирола и низкий индекс расплава обычно улучшаются путем его сополимеризации или смешивания с другими материалами для облегчения процесса литья под давлением. Это также позволяет производителю производить детали с высокой точностью и хорошим качеством поверхности.
В чем разница между полистиролом и полипропиленом?
Отличие полистирола от полипропилена заключается в их долговечности; в отличие от полистирола, полипропилен устойчив к большему количеству форм повреждений. И полистирол, и полипропилен являются полимерами, то есть большими молекулами с повторяющимися более мелкими структурными единицами или мономерами. Стирол является мономером для полистирола, тогда как пропилен для полипропилена. Полипропилен является одним из наиболее часто используемых пластиков в производстве предметов домашнего обихода, пищевых контейнеров, деталей электроники, упаковки, автомобильных компонентов и других отраслях промышленности. В отличие от полистирола, полипропилен более устойчив к ультрафиолету и органическим растворителям.
Несмотря на то, что оба имеют схожие экономические преимущества, их применение различается в зависимости от их физических свойств, формы и производственного процесса. Полипропилен — прочный и небьющийся пластик, что делает его более универсальным и долговечным, чем полистирол. Полипропилен устойчив к высоким температурам и автоклавируется (процесс стерилизации паром при высокой температуре). Полистирол не автоклавируется, но используются другие методы стерилизации, такие как гамма-излучение. Полипропилен также обычно пригоден для повторного использования, в то время как полистирольные пластмассы, особенно те, которые используются для упаковки, утилизируются после однократного использования. При использовании литья под давлением полипропилен имеет более высокий индекс текучести расплава и более низкую температуру плавления, чем полистирол. Это делает процесс литья полипропилена под давлением менее энергоемким, с более быстрым производственным циклом. Преимущество использования полистирола по сравнению с полипропиленом заключается в том, что он имеет более низкую скорость усадки, что может повлиять на качество и точность конечного изделия из пластика. Вспенивать можно как полипропилен, так и полистирол. Однако, в отличие от полистирола, полипропилен в форме волокна используется для изготовления канатов с превосходной прочностью и долговечностью.
Заключение
Полистирол является популярным материалом во многих областях применения, от деталей потребительских товаров до изоляционных и упаковочных решений. Его формуемость и низкая усадка делают полистирол пригодным для литья под давлением. Кроме того, полистирол является базовым материалом для различных процессов сополимеризации для производства более качественных пластиков с уникальными свойствами. Он также используется в качестве полимерной матрицы для нескольких композитных материалов.
Задумались о заказе изделий из полистирола? Инженеры Xometry готовы помочь вам выбрать, какой материал и технология производства сделают ваш дизайн-проект успешным. Начните свое предложение с Xometry сегодня.
Юридическое предупреждение
Контент, отображаемый на этой веб-странице, предназначен только для информационных целей. Xometry не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, в отношении точности, полноты или достоверности информации. Любые рабочие параметры, геометрические допуски, особенности конструкции, качество и типы материалов или процессов не должны рассматриваться как представляющие то, что будет поставляться сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, которым нужны расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим частям. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашими условиями для получения дополнительной информации.
Волдеб Х. Тесфамариам — инженер-механик, занимающийся промышленным дизайном и производством. Он увлечен зелеными технологиями и с энтузиазмом относится к использованию умного дизайна, моделирования, новых технологий производства и Интернета вещей (IoT) для поиска инновационных решений проблем, с которыми сталкивается человечество, таких как изменение климата, энергетический кризис и загрязнение.
