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El EPS: Propiedades

Propiedades Físicas

Las propiedades físicas del Poliestireno Expandido - EPS le hacen un producto idóneo para una gran variedad de aplicaciones.

En el caso de una de sus principales aplicaciones, el aislamiento térmico en la edificación, sus propiedades, ensayos y evaluación de la conformidad vienen definidos por la normativa europea UNE-EN 13163.
 

RESISTENCIA MECÁNICA

La resistencia a los esfuerzos mecánicos de los productos de EPS se evalúa generalmente a través de las siguientes propiedades:

  • Resistencia a la compresión para una deformación del 10%.
  • Resistencia a la flexión.
  • Resistencia a la tracción.
  • Resistencia a la cizalladura o esfuerzo cortante.

  • Tensión de compresión (CS10) - UNE EN 826

    Esta propiedad se requiere en los productos de EPS sometidos a carga, como suelos, cubiertas, aislamiento perimetral de muros, etc. En la práctica la deformación del EPS en estas aplicaciones sometidas a carga es muy inferior al 10%. La tensión de compresión al 10% de deformación se escogió para obtener repetibilidad en los resultados.

    Hay que señalar que la relación entre los resultados de ensayo de tensión de compresión al 10% de deformación y el comportamiento a compresión a largo plazo es bien conocido. Los productos de EPS tienen una deformación por fluencia de compresión del 2% o menos, después de 50 años, mientras estén sometidos a una tensión permanente de compresión de 0,30 KPa (CS10).

    Para cada tipo de materia prima, la densidad del material guarda una estrecha correlación con las propiedades de resistencia mecánica. El gráfico reflejado a continuación muestra los valores alcanzados por la resistencia a compresión en función de la densidad aparente de los materiales de EPS.


    1…Tensión de compresión σ10 [kPa]
    2…Densidad aparente ρa [kg/m³]

     

    AISLAMIENTO TÉRMICO

    Los productos y materiales de poliestireno expandido - EPS presentan una excelente capacidad de aislamiento térmico frente al calor y al frío.

    De hecho, muchas de sus aplicaciones están directamente relacionadas con esta propiedad: por ejemplo cuando se utiliza como material aislante de los diferentes cerramientos de los edificios o en el campo del envase y embalaje de alimentos frescos y perecederos como por ejemplo las familiares cajas de pescado.

    Esta buena capacidad de aislamiento térmico se debe a la propia estructura del material que esencialmente consiste en aire ocluido dentro de una estructura celular conformada por el poliestireno. Aproximadamente un 98% del volumen del material es aire y únicamente un 2% materia sólida (poliestireno). De todos es conocido que el aire en reposo es un excelente aislante térmico.

    La capacidad de aislamiento térmico de un material está definida por su coeficiente de conductividad térmica λ que en el caso de los productos de EPS varía, al igual que las propiedades mecánicas, con la densidad aparente.

    El gráfico adjunto nos muestra esta influencia:

    1…Conductividad Térmica λ [W/m·K]
    2…Densidad aparente ρa [kg/m³]

    Existen nuevos desarrollos de materia prima que aportan a los productos transformados coeficientes de conductividad térmica considerablemente inferiores a los obtenidos por las materias primas estándar.
     

    DENSIDAD

    Los productos fabricados con poliestireno expandido - EPS se caracterizan por ser extraordinariamente ligeros aunque resistentes. Por lo tanto su densidad es baja (entre 10kg/m³ hasta los 50kg/m³).

    En la antigua normativa por la que se regían los productos de Poliestireno Expandido, la densidad era el factor clave que definía los diferentes tipos de material existentes. Es decir, una densidad dada definía el resto de sus propiedades de una manera fija.

    Los nuevos desarrollos en el campo de las materias primas han permitido obtener diferentes propiedades del producto (absorción de agua, conductividad térmica, resistencia mecánica, etc) con distintas densidades. Este tipo de productos quedaría fuera de la antigua normativa pero la nueva norma UNE EN 13163 ha resuelto este problema eliminando la densidad como una propiedad que defina a los productos de poliestireno expandido.
     

    COMPORTAMIENTO FRENTE AL AGUA Y VAPOR DE AGUA

    El poliestireno expandido no es higroscópico, a diferencia de lo que sucede con otros materiales del sector del aislamiento y embalaje. Incluso sumergiendo el material completamente en agua los niveles de absorción son mínimos con valores oscilando entre el 1% y el 3% en volumen (ensayo por inmersión después de 28 días). Nuevos desarrollos en las materias primas resultan en productos con niveles de absorción de agua aún más bajos.

    Al contrario de lo que sucede con el agua en estado líquido el vapor de agua sí puede difundirse en el interior de la estructura celular del EPS cuando entre ambos lados del material se establece un gradiente de presiones y temperaturas.

    Para determinar la resistencia a la difusión del vapor de agua se utiliza el factor adimensional µ que indica cuantas veces es mayor la resistencia a la difusión del vapor de agua de un material con respecto a una capa de aire de igual espesor (para el aire µ = 1).

    Para los productos de EPS el factor µ, en función de la densidad, oscila entre el intervalo µ = 20 a µ = 100. Como referencia, la fibra de vidrio tiene un valor µ = 1 y el poliestireno extruido µ = 150.

     
    ESTABILIDAD DIMENSIONAL DS(N) - UNE EN 1603

    Los productos de EPS, como todos los materiales, están sometidos a variaciones dimensionales debidas a la influencia térmica. Estas variaciones se evalúan a través del coeficiente de dilatación térmica que, para los productos de EPS, es independiente de la densidad y se sitúa en valores que oscilan en el intervalo 5-7 x 10-5 K-¹, es decir entre 0,05 y 0,07 mm. por metro de longitud y grado Kelvin.

    A modo de ejemplo una plancha de aislamiento térmico de poliestireno expandido de 2 metros de longitud y sometida a un salto térmico de 20º C experimentará una variación en su longitud de 2 a 2,8 mm.

     
    ESTABILIDAD FRENTE A LA TEMPERATURA

    Además de los fenómenos de cambios dimensionales por efecto de la variación de temperatura descritos anteriormente el poliestireno expandido puede sufrir variaciones o alteraciones por efecto de la acción térmica.

    El rango de temperaturas en el que este material puede utilizarse con total seguridad sin que sus propiedades se vean afectadas no tiene limitación alguna por el extremo inferior (excepto las variaciones dimensionales por contracción). Con respecto al extremo superior el límite de temperaturas de uso se sitúa alrededor de los 100ºC para acciones de corta duración, y alrededor de los 80ºC para acciones continuadas y con el material sometido a una carga de 20 kPa.

     
    COMPORTAMIENTO FRENTE A FACTORES ATMOSFÉRICOS

    La radiación ultravioleta es prácticamente la única que reviste importancia. Bajo la acción prolongada de la luz UV, la superficie del EPS amarillea y se vuelve frágil, de manera que la lluvia y el viento logran erosionarla. Dichos efectos pueden evitarse con medidas sencillas, en las aplicaciones de construcción con pinturas, revestimientos y recubrimientos.

    Debido a que estos efectos sólo se muestran tras la exposición prolongada a la radiación UV, en el caso de las aplicaciones de envase y embalaje no es objeto de consideración.


     
    Propiedades Químicas

    El poliestireno expandido es estable frente a muchos productos químicos. Si se utilizan adhesivos, pinturas disolventes y vapores concentrados de estos productos, hay que esperar un ataque de estas substancias. En la siguiente tabla se detalla más información acerca de la estabilidad química del EPS.

    SUSTANCIA ACTIVA ESTABILIDAD
    Solución salina (agua de mar) Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
    Jabones y soluciones de tensioactivos Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
    Lejías Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
    Acidos diluidos Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
    Acido clorhídrico (al 35%) , ácido nítrico (al 50%) Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
    Acidos concentrados (sin agua) al 100% No estable: El EPS se contrae o se disuelve
    Soluciones alcalinas Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
    Disolventes orgánicos (acetona, esteres,..) No estable: El EPS se contrae o se disuelve
    Hidrocarburos alifáticos saturados No estable: El EPS se contrae o se disuelve
    Aceites de parafina, vaselina Relativamente estable: en una acción prolongada, el EPS puede contraerse o ser atacada su superficie
    Aceite de diesel No estable: El EPS se contrae o se disuelve
    Carburantes No estable: El EPS se contrae o se disuelve
    Alcoholes (metanol, etanol) Estable: el EPS no se destruye con una acción prolongada
    Aceites de silicona Relativamente estable: en una acción prolongada, el EPS puede contraerse o ser atacada su superficie
    Propiedades Biológicas

    El poliestireno expandido no constituye substrato nutritivo alguno para los microorganismos. Es imputrescible, no enmohece y no se descompone. No obstante, en presencia de mucha suciedad el EPS puede hacer de portador de microorganismos, sin participar en el proceso biológico. Tampoco se ve atacado por las bacterias del suelo. Los productos de EPS cumplen con las exigencias sanitarias y de seguridad e higiene establecidas, con lo que pueden utilizarse con total seguridad en la fabricación de artículos de embalaje destinados al contacto alimenticio.

    El EPS no tiene ninguna influencia medioambiental perjudicial no es peligroso para las aguas. Se pueden adjuntar a los residuos domésticos o bien ser incinerados.

    En cuanto al efecto de la temperatura, mantiene las dimensiones estables hasta los 85ºC. No se produce descomposición ni formación de gases nocivos.

    Comportamiento frente al Fuego

    Las materias primas del poliestireno expandido son polímeros o copolímeros de estireno que contienen una mezcla de hidrocarburos de bajo punto de ebullición como agente de expansión. Todos ellos son materiales combustibles.

    El agente de expansión se volatiliza progresivamente en el proceso de transformación. El 10 % residual requiere de una fase de almacenamiento durante un tiempo función de las especificaciones del producto: dimensiones, densidad, etc. En caso de manipulación de productos sin esta fase de almacenamiento se tomarán medidas de prevención contra incendios.

    Al ser expuestos a temperaturas superiores a 100ºC, los productos de EPS empiezan a reblandecerse lentamente y se contraen, si aumenta la temperatura se funden. Si continua expuesto al calor durante un cierto tiempo el material fundido emite productos de descomposición gaseosos inflamables. A este respecto se adjunta una tabla con la composición de dichos gases.

    En ausencia de un foco de ignición los productos de descomposición térmica no se inflaman hasta alcanzar temperaturas del orden de los 400 - 500 ºC.

    El desarrollo y la amplitud del incendio depende, además de la intensidad y duración del mismo, de las propiedades específicas de las materias primas utilizadas en la fabricación del poliestireno expandido: estándar (M4) o autoextingible(M1).

    Un material tratado con agentes ignifugantes (autoextinguible) se contrae si se expone a una llama. Sólo empezará a arder si la exposición se prolonga, a una velocidad de propagación muy baja, las llamas se propagan sólo en la superficie del material.

    Para calibrar las diferentes situaciones de riesgo que comporta el empleo de EPS, deben tenerse en cuenta factores derivados de su contenido, su forma y su entorno. El comportamiento al fuego de los materiales de Poliestireno Expandido o EPS puede modificarse aplicando recubrimientos y revestimientos.

    Probeta Componentes de los gases de combustión Composición del gas de combustión en ppm a una determinada temperatura de ensayo.
        300 ºC 400 ºC 500 ºC 600 ºC
    Material expandido de producto estándar Monóxido de carbono 50 * 200 * 400 * 1000 *
    Estireno monómero 200 300 500 50
    Otras sustancias aromáticas Trazas 10 30 10
    Acido bromhídrico 0 0 0 0
    Material expandido de producto autoextinguible Monóxido de carbono 10 * 50 * 500 * 1000 *
    Estireno monómero 50 100 500 50
    Otras sustancias aromáticas Trazas 20 20 10
    Acido bromhídrico 10 15 13 11
    Madera de abeto Monóxido de carbono 400 * 6000 ** 12000 ** 15000 **
    Sustancias aromáticas - - - 300
    Planchas aislantes de aglomerado de madera Monóxido de carbono 14000 ** 24000 ** 59000 ** 69000 **
    Sustancias aromáticas Trazas 300 300 1000

    * Combustión sin llama
    ** Combustión con llama
    - no se midió





     
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