3.1.6.3. Полимерные теплоизоляционные материалы

Газонаполненные пластмассы представляют собой двухфазные системы, состоящие из полимерной матрицы и газовой фазы.

По характеру пористости полимерные теплоизоляционные материалы разделяются на следующие:

- ячеистые или пенистые пластмассы (пенопласты), имеющие преимущественно замкнутую пористость ячеистого строения;

- пористые пластмассы (поропласты), пористая структура которых сложена в виде сообщающихся ячеек или плоскостей;

- сотопласты с порами геометрически правильной формы (сотами).

В ячеистых пластмассах поры занимают 90…98 % объема материала, а на стенки приходятся всего лишь 2…10 %, поэтому ячеистые пластмассы очень легки и обладают малой теплопроводностью (0,026…0,058 Вт/(м·⁰С)). В то же время они водостойки, не загнивают; жесткие пено- и поропласты достаточно прочны, гибки и эластичны. Особенностью теплоизоляционных пластмасс является ограниченная теплостойкость (от -80 до +130 ⁰С). Большинство из них горючи, поэтому необходимо предусматривать конструктивные меры защиты пористых пластмасс от непосредственного действия огня.

По способу получения газонаполненные пластмассы подразделяют на две большие группы: прессовые, изготавливаемые в условиях обжатия (давления), и беспрессовые, получаемые без воздействия внешнего давления [15].

Теплоизоляционный слой пенопласта толщиной 5…6 см, имеющий массу около 2…3 кг/м³, эквивалентен слою 14…16 см из минеральной ваты или ячеистого бетона. Поэтому масса 1 м² трехслойной панели, утепленной ячеистой пластмассой, снижается на 20…50 кг.

Производителями газонаполненных пластмасс являются фирмы KNAUF, URSA (Россия), ROOFMATE (США) и др. В табл. 3.10 приведены свойства пенопластов из наиболее широко распространенных полимеров.

Таблица 3.10

Характеристики пенопластов

Полимер	Плотность полимера, г/см3	Средняя плотность пенопласта, кг/м3	Средний диаметр пор, мм	Толщина межпоровых перегородок, мкм
Полистирол Полиэтилен Поливинилхлорид Полиуретан Фенолформальдегидная смола Карбамидоформальдегидная смола	1,05 1,01 1,38 1,20 1,2…1,3 1,2…1,3	16…250 35…200 50…250 50…200 20…200 5…20	0,92…0,2 - 0,1…0,3 0,1…2,5 0,2…5,0 -	0,5…18 - 5,0…250 5,0…120 1,5…300 -

Ячеистые пластмассы в виде плит и скорлуп применяют для утепления стен и покрытий, теплоизоляции промышленного оборудования и трубопроводов при температурах до 60 ⁰С.

Пористые пластмассы можно пилить, резать обычными способами, а также проволокой, нагреваемой электрическим током. Они хорошо склеиваются с бетоном, асбоцементом, металлом, древесиной. Это значительно упрощает изготовление крупных панелей ограждающих конструкций.

Пенополистирол – легкий пластик, изготовляемый из полистирола и порообразователя, с добавкой антипирена или без нее.

Производство пенополистирола осуществляется тремя методами: беспрессовым, прессовым и экструзионным. Пенополистирол имеет среднюю плотность до 25 кг/м³, стоек к истиранию, обладает низким водопоглощением (доли %), трудно воспламеняется. Недостатком материала является большая усадка.

Применяется пенополистирол в трехслойных стеновых панелях совместно с жесткими минераловатными плитами, при теплоизоляции стен и кровель. Такие стеновые панели, называемые сэндвич, получили очень широкое распространение, особенно в строительстве промышленных зданий и сооружений. Основные типы сэндвич-панелей и их характеристики представлены в табл. 3.11 и 3.12.

Таблица 3.11

Размер и типы сэндвич-панелей

Марки панелей	Ширина, мм	Длина, мм	Толщина, мм	Типы замков соединения
ПТСМ, ПТСП	1190	От 1800 до 12000	50, 80, 100, 120, 150, 170, 200, 250	Z-Lock, Secret-Fix
ПТКМ, ПТКП	1140	От 1800 до 12500	100, 150, 170, 200, 250	Econodeck, Concealed fixing

Примечания:

ПТСМ – панель трехслойная стеновая с минераловатным утеплителем,

ПТКМ – панель трехслойная кровельная с минераловатным утеплителем,

ПТСП – панель трехслойная стеновая с пенополистирольным утеплителем,

ПТКП – панель трехслойная кровельная с пенополистирольным утеплителем.

Наиболее известными производителями пенополистирола являются ПЕНОПЛЭКС, КНАУФ Пенопласт, ОАО «Мосстройпластмасс», ЗАО «Изоборд» (Россия), DOW Chemical (США), BASF (Германия), IZOCAM (Турция) и др.

Таблица 3.12

Технические характеристики современных стеновых сэндвич-панелей  с применением различных теплоизоляционных материалов

Наименование, фирма-изготовитель, марка	Масса 1 м2 панели, кг	Тип утеплителя	Коэффициент теплопередачи, Вт/м·0С	Длина, мм	Ширина, мм	Толщина, мм
Стеновая панель ТНЕRМО-ISOL ISORА	9,1 9,6 10,0 10,6 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0	Пенополистирол, ρm = 20 кг/м3, λ = 0,033 Вт/м·0С	0,56 0,41 0,32 0,26 0,22 0,19 0,17 0,15 0,14	12000	1200	53 80 100 130 150 175 200 225 250
Стеновая панель MORUS НЕ-З HUURRЕ	11 12 13 14	Пенополиуретан, ρm = 37 кг/м3, λ = 0,025 Вт/м·0С	0,25 0,19 0,16 0,13	12500	1150	70 100 125 150
Стеновая панель UREPOL МАКРО- ПАНЕЛЬ	11 11,9 12,4 13,3 14,3 15,4	Пенополиуретан, ρm = 37 кг/м3, λ = 0,025 Вт/м·0С	0,49 0,32 0,28 0,23 0,18 0,16	12000	900	50 70 80 100 125 150
Огнестойкая панель РАRТЕК РАRОС	14 16 17 21 24	Минераловатная твердая плита, ρm = 37 кг/м3, λ = 0,04 Вт/м·0С	0,72 0,47 0,38 0,26 0,20	12000	—	53 80 100 151 202
Стеновая панель ВОRGА ISO-PANEL	13 14	Пенополиуретан, ρm = 37 кг/м3, λ = 0,025 Вт/м·0С	0,28 0,23	15000	900	80 100

Широкое применение в строительстве получил экструдированный пенополистирол ПЕНОПЛЭКС, характеристики которого приведены в табл. 3.13. Этот материал широко применяется для теплоизоляции ограждающих конструкций, для защиты от морозного пучения железных и автомобильных дорог, в производстве холодильных камер, рефрижераторов и других холодильных установок, а также производства сэндвич-панелей.

Таблица 3.13

Характеристики теплоизоляционного материала ПЕНОПЛЭКС

Физико-механические свойства	Виды ПЕНОПЛЭКСА
	Тип 35	СТАНДАРТ	ПЕНОПЛЭКС 45
Средняя плотность, кг/м3	33,0…38,0	28,0…38,0	38,1…45,0
Прочность на сжатие при 10 % линейной деформации, МПа, не менее	0,25	0,25	0,50
Предел прочности при статическом изгибе, МПа	0,4…0,7	0,4…0,7	0,4…0,7
Водопоглощение за 24 ч (30 суток), % по объему, не более	0,2 (0,4)	0,4	0,2 (0,4)
Коэффициент теплопроводности при (25+5) 0С, Вт/м·0С	0,028	0,030	0,030
Стандартные размеры, мм: длина ширина	1200 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100		2400 40, 50, 60,80, 100
Долговечность, лет	Более 50

Пенополиуретан получают в результате химических реакций, протекающих при смешении исходных компонентов (полиэфира, диизоцианата, воды, катализаторов, эмульгаторов, вспенивающих агентов и стабилизаторов пены). Изготовляют жесткий и эластичный полиуретан. Средняя плотность 25…45 кг/м³, прочность при 10 % сжатии – 0,3…0,7 МПа.

Жесткий полиуретан используется в широком интервале температур, отличается легкостью и экономичностью обработки, высокой механической прочностью, устойчивостью к износу и химической и биологической стойкостью. Характеризуется самой низкой теплопроводностью по сравнению с другими изоляционными материалами, теплопроводность при температуре 10 ⁰С ниже 0,03 Вт/(м·⁰С). Пенополиуретан может быть использован при температуре от -50 ⁰С до +110 ⁰С. Стойкость к действию грибков и микроорганизмов делает его негниющим и неразлагающимся материалом.

Жесткий пенополиуретан применяют в виде плит и скорлуп. Эластичный пенополиуретан служит для герметизации стыков панелей. Разработаны рецептуры заливочных композиций, которые могут вспениваться даже на холоде. Материал «самозатухающий» по огнестойкости.

Пенополиуретан и пенополистирол выпускают как высокоэффективные теплоизоляционные материалы, а в сочетании с упаковкой в усадочную пленку под давлением или другими приемами – как новые гидротеплоизоляционные материалы.

Пенополивинилхлорид – термопластичный полимер, который содержит до 56 % связанного хлора, что обеспечивает его пониженную горючесть по сравнению с полистиролом. Выпускают жесткий и эластичный.

Жесткий пенополивинилхлорид – теплоизоляционный материал, незначительно изменяющий свои свойства при изменении температуры от + 60 ⁰С до -60 ⁰С.

Пенопласты на основе феноло-формальдегидных полимеров выпускают на основе чистого полимера (ФФ) с введением в него стеклянного волокна (ФС) или каучука (ФК), а также каучука и газообразователя в виде алюминиевой пудры (ФК-А). Пенопласты получают беспрессовым методом из готовой смеси компонентов путем вспенивания смеси при нагреве и последующего охлаждения. Они способны выдерживать действие высоких температур (200…250 ⁰С), устойчивы к влиянию вибрации.

Вспененный полиэтилен широко применяется в строительстве как тепло- и звукоизоляционный материал. Полиэтилен не поддерживает горения и не распространяет пламени, также не подвержен гниению, не выделяет токсичных веществ. Температура применения теплоизоляционных материалов на основе полиэтилена – от -60 до +80 ⁰С. На основе вспененного полиэтилена изготавливают теплоизоляционные ленты и жгуты для уплотнения стыков между сборными элементами ограждающих конструкций, рулоны с покрытием алюминиевой фольгой для тепло- и пароизоляции потолочных перекрытий, стеновых панелей, чердачных и подвальных помещений.

Сотопласты – это материалы с геометрически правильной структурой порового пространства. Их изготовляют путем склейки гофрированных листов бумаги, стеклянной или хлопчатобумажной ткани, пропитанных полимером (карбамидный, фенолформальдегидный, эпоксидный). Они служат эффективным утеплителем в трехслойных панелях. Теплоизоляционные свойства сотопласта повышаются при заполнении ячеек крошкой из мипоры.

Мипору изготовляют путем вспенивания мочевино-формальдегидной смолы, отвердения отлитых из пеномассы блоков и их последующей сушки. Мипора – наиболее легкий (10…20 кг/м³) и наименее теплопроводный из всех теплоизоляционных материалов λ = 0,026…0,03 Вт/(м·⁰С).

Применяется в качестве тепло- и звукоизоляции в зданиях с кирпичными полыми стенами, в кровельных и стеновых панелях с деревянным и металлическим каркасом, в железобетонных перекрытиях.

Вспененный каучук – гибкий, долговечный материал черного цвета с закрытой пористостью, выпускаемый в виде трубок под диаметр трубопроводов 6…140 мм или листов шириной 1 м и толщиной от 6 до 32 мм. Температура применения материала от –40 до +175 ⁰С, стоек к УФ-излучению, воздействию масел и маслопродуктов, при горении характеризуется малым количеством дымовыделения. Для монтажа используют различные клеи, в некоторых случаях на изделиях предусмотрено самоклеящееся покрытие (полосы, кромки трубок), на трубы монтируется путем простого натяжения.

Изделия на основе вспененного синтетического каучука широко используются для теплоизоляции трубопроводов и резервуаров, задвижек и фасонных деталей при повышенных температурах: в центральных тепловых пунктах, трубопроводах с перегретым паром, установках солнечной энергии.