Лекция 9

5. Теплоизоляционные материалы. Наиболее известны ячеистые пластмассы, изделия из различного рода волокнистых материалов на основе синтетических связках (минераловатные плиты).

Пенополистирол изобретен в 50-х годах XX века немецкими учеными. Состоит на 98% из воздуха, на 2% - из полистирола.

Он состоит из шариков, а каждый шарик построен из десятков тысяч ячеек, наполненных воздухом. Воздух, заключенный в ячейках, не может перемещаться, а неподвижный воздух является лучшим изолятором.

Производство пенополистирола сводится к следующему. Полистироловые шарики наполняются пентаном (чистым углеводородом), который является вспенивающим фактором, и подогреваются паром, вследствие чего пентан переходит в летучее состояние и расширяется. Под действием давления шарики полистирола тоже расширяются, в результате образуются пенополистироловые шарики, увеличившиеся в объеме в 50 раз. Ячейки в каждом шарике наполняются воздухом и приобретают упругость, после чего склеиваются под действием пара, образуя, однородный материал.

В зависимости от способа производства пенополистирол делится на беспрессовый, прессовый и экструзионный.

Беспрессовый пенопласт состоит из маленьких сцеплённых шариков (используется для упаковки).

Прессовый пенопласт внешне и по теплоизоляционным свойствам практически не отличается от беспрессового, но из-за того, что его гранулы сцеплены немного прочнее, его трудней раскрошить или сломать.

Беспрессовый и прессовый пенопласты имеют недостаток - между гранулами, имеются мельчайшие полости, через которые могут попадать водяные пары. В результате на 5-10 % ухудшается его теплоизолирующая способность, а при замерзании влаги может происходить разрушение гранул.

Этого недостатка лишен экструзионный (экструдированный) пенополистирол. Экструзия – это процесс выдавливания приготовленной массы через матрицу, имеющую отверстие определенной формы.

Экструдированный пенополистирол получают посредством вспенивания гранул полистирола при повышенной температуре и последующего выдавливания его через экструдер. За счет этого достигается высокое уплотнение структуры и сцепление гранул.

Экструдированный пенополистирол характеризуется замкнутой ячеистой структурой с водопоглощением менее 0,3 %, низкой гигроскопичностью. Фактически этот материал является барьером на пути движения воды и пара. В отличие от обычного пенополистирола, он со временем не напитывается влагой и не меняет своих теплотехнических характеристик. Кроме этого экструдированный пенополистирол в среднем в 3 раза прочнее обычного пенополистирола и выдерживает нагрузку до 70 тонн на 1 м², что позволяет использовать его на объектах с повышенными прочностными требованиями (авто и ж/д дороги, аэродромы).

Преимущества:

• высокая теплоизоляционная способность,

• легкая обработка, хорошая звукоизоляция,

• дешевизна (в сравнении с мин.ватой) .

Недостатки:

- Пенополистирол при неблагоприятных условиях может медленно выделять остатки стирола в воздух и длительное воздействие малых концентраций стирола приводит к ухудшению самочувствия человека.

- Пенопласты легко загораются, быстро сгорая с коптящим пламенем, при этом плавясь и выделяя токсичный дым. Для снижения горючести в пенопласты вводят пламягасящие добавки, (самозатухающий тип пенопластов). Такой пенопласт не поджечь от спички или искры, но в костре он горит хорошо. Поэтому полистирольные пенопласты рекомендуется применять для наружной изоляции.

- Не изучен вопрос долговечности.

Применяется для теплоизоляции ограждающих конструкций, фундаментов, перекрытий; для звукоизоляции стен.

Таблица 2

Сравнительная характеристика теплоизоляционных материалов

	Экструд пенопол-л	Rockwool	Пенопласт	Стекловата
Прочность на сжатие при 10% деформации, (МПа)	0,25-0,50	0,03	40-160	—
Плотность, кг/м3	25-45	25-45	15-50	11-30
Теплопроводность при (25±5) °С, Вт/(мК)	0,029-0,03	0,034-0,045	0,038 - 0,041	0,036 - 0,043
Коэффициент теплопроводности в зоне "А"	0,0310,032		0,040 - 0,043	0,042 - 0,050
Коэффициент теплопроводности в зоне "Б"	0,0310,032		0,042 - 0,047	0,046 - 0,055
Водопоглощение, % по объему, не более	0,2	1,5	1,8 - 4,0	10-15
Паропроницаемость, мг/мчПа	0,05	0,55
Рабочий диапазон температур, °С	75	750

Минеральная вата - волокнистый теплоизоляционный материал на синтетическом связующем, полученный при охлаждении предварительно раздробленного в капли и вытянутого в нити минерального расплава горных пород. Мин. вата в зависимости от вида сырья делится на каменную (базальтовую) и стеклянную ваты.

Преимущества:

• высокой температуростойкостью (700⁰ С),

• отличные звуко- и теплоизоляционные свойства,

• паропроницаема.

Недостаток:

• вяжущий материал, используемый при производстве минеральной ваты - фенолформальдегидная или меламинформальдегидная смола - в течение длительного времени выделяет свободный формальдегид, который является высокотоксичным веществом.

• наличие определенного размера волокон, вредно действующих на организм человека (толщиной менее 3 мкм и длиной более 5 мкм).

Применяется в качестве ненагруженной изоляции ограждающих конструкций зданий; в качестве утеплителя в навесных фасадах; в трехслойных конструкциях; в качестве тепловой изоляции трубопроводов, промоборудования и т.п.; утепление кровли.