Fyzikální vlastnosti obalů z EPS

Mechanické vlastnosti

Mechanické vlastnosti EPS pěny závisejí primárně na hustotě tak, jak je to znázorněno v tabulce. Pevnostní parametry se obecně zvyšují s objemovou hmotností, ale parametry obalu z EPS pěny, které tlumí náraz, jsou ovlivněny geometrií tvarovky a v menší míře velikostí perlí, procesními podmínkami a  objemovou hmotností. Tento unikátní parametr umožňuje technikovi přes obaly, aby doladil schopnost obalu tlumit nárazy jednoduchými zpracovatelskými změnami bez potřeby znovu konstruovat nebo měnit nástroje.

Pro schopnost tlumit nárazy vyvinulo odvětví obalů z EPS typické křivky útlumu, které mohou používat konstruktéři přepravních obalů z EPS. Vlastnosti tlumit nárazy nejsou u EPS významně ovlivněny změnou teploty. Nedávné studie provedené na Státní univerzitě v San Jose v rámci programu Obaly ukázaly, že optimální parametry výkonu EPS nejsou ovlivněny změnami mezi – 17 °C a 43 °C. Technici v oblasti obalů by měli považovat následující data za přesné popsání chování pěny z EPS.

Typické vlastnosti tvarovaných obalů z EPS (teplota při testu 70 °F (23 °C))
Objemová hmotnost		Napětí při10% stlačení		Pevnost v ohybu		Pevnost v tahu		Pevnost ve smyku
(pcf)	kg/m3	(psi)	MPa	(psi)	MPa	(psi)	MPa	(psi)	MPa
1	16	13	0,09	29	0,2	31	0,21	31	0,21
1,5	24	24	0,16	43	0,3	51	0,35	53	0,37
2	32	30	0,21	58	0,4	62	0,43	70	0,49
2,5	40	42	0,29	75	0,52	74	0,51	92	0,63
3	48	64	0,44	88	0,61	88	0,61	118	0,81
3,3	53	67	0,46	105	0,72	98	0,68	140	0,97
4	64	80	0,55	125	0,86	108	0,75	175	1,21
Poznámka: Hodnoty jsou založeny na krátkodobých laboratorních zatěžovacích podmínkách z ASTM. Jak teplota, tak i doba zatížení mohou ovlivnit koncové hodnoty.
pcf = liber na čtvereční stopu, psi = liber na čtvereční palec

Objemová hmotnost

Když se vybírá správná úroveň tlumení nárazů, potřebná pro danou aplikaci, musí se zvážit objemová hmotnost obalu. Při předběžných konstrukčních fázích se používají křivky tlumení nárazů, které byly vyvinuty pomocí dynamických testů pádu, k určení správné konfigurace obalu – tloušťky pěny a objemové hmotnosti – k adekvátní ochraně výrobku. Změnou objemové hmotnosti, tloušťky a tvaru výrobku z EPS může konstruktér splnit požadavky na ochranu u široké škály citlivých výrobků.

Rozměrová stabilita

Rozměrová stabilita je dalším důležitým parametrem pěny z EPS. Představuje schopnost materiálu uchovat si svůj původní tvar nebo velikost za měnících se okolních podmínek. Různé termoplastické polymery se liší ve své reakci na podmínky použití a vystavení změnám teploty a relativní vlhkosti. Některé se srážejí, některé expandují a některé nejsou ovlivněny. EPS nabízí výjimečnou rozměrovou stabilitu, která zůstává v podstatě neovlivněna v širokém rozsahu okolních faktorů. Lze očekávat, že maximální rozměrová změna pěny z EPS bude menší než 2 %, čímž EPS splňuje požadavky ASTM D2126.

Tepelná izolace

Pro stavební izolační aplikace vyvinulo odvětví EPS zkušební data, která jsou uvedena v ASTM C 578. Standardní specifikace pro tepelnou izolaci z tuhého, z buněk se skládajícího polystyrenu. Tato norma se zabývá fyzikálními vlastnostmi a funkčními parametry výrobků z EPS, a týká se rovněž tepelné izolace v konstrukčních aplikacích. Pro odvětví obalů nebylo potřeba vyvíjet takový formální dokument. EPS je účinný a ekonomický obalový materiál pro výrobky, léčiva a jiné rychle se kazící výrobky, když tyto výrobky musí být dopravovány a skladovány v prostředí s řízenou teplotou. Protože se EPS skládá z rovnoměrných uzavřených buněk, ve velké míře brání tepelnému toku. Tepelná vodivost (koeficient k) u obalu z EPS se mění s hustotou a expoziční teplotou.

Výrobci suroviny (zpěňovatelného polystyrenu) používají pentan jako primární nadouvadlo. Dopravní obal z EPS se nikdy nevyrábí s obsahem CFC (chlorovaných a fluorovaných uhlovodíků) nebo HCFC.

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, ale EPS může absorbovat vlhkost když je zcela ponořen kvůli jemným intersticiálním kanálkům mezi vytvarovanými perlemi. Zatím co je vytvarovaný EPS téměř nepropustný pro kapalnou vodu, je mírně propustný pro vodní páru za rozdílů tlaku. Propustnost pro páru je určována jak objemovou hmotností, tak i tloušťkou. Obecně ani voda, ani vodní pára neovlivňují mechanické vlastnosti EPS.

Ovoce a zelenina skladovaná v krabicích z EPS si uchovává vyšší hladinu vitaminu C, než jak je tomu u jiných obalů, uvádí Korea Food Research Institute.

Chemická odolnost

Voda a vodní roztoky solí a alkálií pěnový polystyren neovlivňují. Většina organických rozpouštědel není kompatibilní s EPS. To by se mělo vzít v úvahu při volbě lepidel, štítků povlaků pro přímé nanesení na výrobek. Všechny látky neznámého složení by se měly otestovat na kompatibilitu. Urychlené testování se může provádět vystavením pěnového polystyrenu látce při 120 až 140 °F (49 až 60 °C). UV záření má mírný účinek na tvářený polystyren. Způsobuje povrchové zežloutnutí a drobivost, ale jinak neovlivňuje jeho fyzikální vlastnosti.

Elektrické vlastnosti

Objemový měrný odpor tvarovaného polystyrenu v rozsahu hustoty 1,25 až 2,5 pcf (0,02 až 0,04 g/cm3) kondicionovaného na 73 °F (23 °C) a relativní vlhkost 50 % je 4 x 1013 ohm-cm. Dielektrická pevnost je přibližně 2 KV/mm. Při frekvencích do 400 MHz je permitivita 1,02 až 1,04 se ztrátovým činitelem méně než 5 x 10-4 a méně než 3 x 10-5 při 400 MHz. Tvářený EPS může být upraven antistatickými činidly tak, aby vyhovoval specifikacím elektronického průmyslu a vojenských obalů.

Při nedávném průzkumu názorů, provedeného AFPR uvedlo 84 % OEM respondentů, kteří v současnosti používají EPS, že jejich používání EPS se v budoucnu zvýší nebo zůstane stejné.

Pokud je vše vyřešeno technicky správně, je velmi těžké najít za EPS náhradu. Základními cíli přepravních obalových materiálů je ochránit výrobek před poškozením od výrobního procesu až po dodávku spotřebiteli. Volba správného obalového materiálu vyžaduje rovnováhu mnoha faktorů, včetně usnadnění manipulace a skladování, hmotnosti, vlastností tlumících náraz, výrobní účinnosti, usnadnění identifikace, požadavků zákazníků, nákladů a dalších.
Ochranný obal z EPS nabízí širokou škálu fyzikálních vlastností, které umožňují konstruktérům obalů vyřešit mnohé požadavky ochrany a distribuce. Tyto vlastnosti v kombinaci s vhodnými technickými úvahami při konstruování zabezpečují pružnost konstrukce požadovanou k vytvoření skutečně nákladově efektivního ochranného obalu.

Prameny

Modern Plastics Encyclopedia handbook (1994), McGraw-Hill, Inc. str. 58.

Plastics Engineering Handbook of the Society of the Plastic Industry, Inc. (1991), 5.vydání, Van Nostrand Reinhold, str. 231 a str. 593-598.

McKinley, Al´fred a Herbert H. Shueneman, “Transport Packaging Design Workshop” (Seminář o konstrukci dopravních obalů) Institute of Transport Packaging Professionals.

ASTM 578-95 “Physical property requirements of polystyrene foam thermal insulation” (Požadavky na fyzikální vlastnosti tepelné izolace z polystyrenové pěny), American Society for Testing and Materials.

Styropor Expanded Polystyrene Technical Bulletin S-7, “Protective Packaging –Properties and Design Fundamentals” (Ochranné obaly – vlastnosti a základy konstruování), BASF Corporation, Mt. Olive, New Jersey.

Hatton, Kayo: Jorge Marcondes, Lucy McProud, Herbert Schuenerman a May-Choo Wang (1997), “Effects of Temperature on Foam Cushoning Materials” (Účinky teploty na pěnové materiály mající schopnost tlumit nárazy), San Jose State University, San Jose, Kalifornie.

Park, Hyung Woo, Ph.D. (1997), “Effects of EPS Packaging Box on the Freshness Extension of Agricultural Produce” (Účinky krabicového obalu z EPS na prodloužení čerstvosti zemědělských produktů), Korea Food Research Institute.

R.W.Beck, “Survey of Original Equipment Manufacturers” (Přehled výrobců původního zařízení), (1998), Alliance of Foam Packaging Recyclers, Crofton, Maryland.