Учебное пособие 800576

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).

Вячеистых 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),

ибеспрессовые, 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.

111

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.

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.

112

Таблица 3.12 Технические характеристики современных стеновых сэндвич-панелей

с применением различных теплоизоляционных материалов

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.

113

Таблица 3.13

Характеристики теплоизоляционного материала ПЕНОПЛЭКС

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.

114

Жесткий пенополивинилхлорид – теплоизоляционный материал, незначительноизменяющийсвоисвойстваприизменениитемпературыот+ 60 0Сдо-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.

115

3.2. Общие сведения об акустических материалах, их разновидности, применение и основные свойства

3.2.1. Общие сведения

Шум – звуки, вызванные случайными причинами, не несущие полезной информации и мешающие тому или иному жизненному процессу. Шум в помещениях относится к категории санитарно-гигиенических вредностей, так как раздражает нервную систему человека и понижает его работоспособность. Вредное воздействие шумов уменьшают путем разработки рациональных конструкторских и планировочных решений зданий, а это возможно лишь с применением акустических материалов.

Физической характеристикой уровня звука является его сила, измеряемая в децибелах, дБ, представляющих собой количество энергии, проносимое звуковой волной через площадь 1 см2 перпендикулярно направлению распространения звука за 1 с. Физиологической характеристикой звука служит уровень его громкости (интенсивности), измеряемый в фонах. Один фон – это уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равногромкого с ним звука частотой 1000 Гц равен 1 дБ.

Человеческое ухо воспринимает звуковые колебания частотой 16…20000 Гц, особо чувствительными являются частоты 1500…3000 Гц. Инфразвуки имеют частоту до 16 Гц, ультразвуки – более 20 000 Гц, а гиперзвуки – 109…1013 Гц. Уровни громкости звука представлены в табл. 3.14.

Различают шумы воздушные и ударные. Воздушный шум возникает в воз-

душной среде, воздействует на ограждающие конструкции, приводит их в колебательное движение и тем самым передает звук в соседние помещения с частичным отражением и поглощением. Ударный шум возникает и распространяется в ограждающих конструкциях при ударных, вибрационных и других воз-

116

действиях непосредственно на конструкцию.

Акустические материалы – материалы, способные поглощать звуковую энергию, а также снижать уровень силы и громкости проходящих через них звуков, возникающих как в воздухе, так и в ограждении.

Эффективными акустическими материалами являются изделия, изготовленные из пористых материалов или многослойные конструкции с воздушными прослойками. Так как воздух способен гасить звуковые колебания и прерывать перемещение звука, поэтому акустические материалы стремятся изготавливать высокопористыми (пористость 40…90 %), как и теплоизоляционные. Однако в отличие от теплоизоляционных материалов, имеющих замкнутые воздушные поры, акустические материалы должны иметь сквозные поры.

3.2.2.Классификация акустических материалов и изделий

1.По назначению акустические материалы разделяют:

на звукопоглощающие;

на звукоизоляционные.

2.По виду используемого сырья:

органические (на основе поропластов, древесного волокна);

неорганические (на основе ячеистой керамики, ячеистого стекла, легких природных или искусственных заполнителей);

смешанные, материалы с минеральным заполнителем и органическим связующим (изделия из минеральной ваты, стекловолокна, перлита и др.) и материалы на основе органических заполнителей и минерального вяжущего (древесно-цементные композиции).

3.По структуре:

пористо-волокнистые (изделия на основе минерального и органического волокна);

пористо-ячеистые (пено- и газобетоны, поропласты, изделия на основе керамзита, перлита);

пористо-губчатые (пенопласты, резина).

4.По конструктивному признаку:

для сплошной изоляции 9перфорированные экраны, резонансные конструкции и др.);

для локальной изоляции (отдельные щиты, штучные поглотители, рассеивающие изделия и др.).

5.По возгораемости:

несгораемые;

трудносгораемые;

сгораемые;

трудновоспламеняющиеся.

6.По форме и внешнему виду:

штучные (блоки, плиты);

117

рулонные (маты, полосы, холсты);рыхлые и сыпучие (керамзит, перлит, вата минеральная и стеклянная и др.).

3.2.3. Звукопоглощающие материалы и изделия

Звукопоглощающие материалы способны поглощать энергию падающих на них звуковых волн и служат для защиты от воздушного шума. Они, как правило, используются для конструкций в помещениях производственных и общественных зданий.

Гашение звука звукопоглощающими материалами происходит следующим образом. Звуковые волны проникают в поры материала, возбуждают в них колебания воздуха, на что расходуется значительная часть звуковой энергии. За счет высокой степени сжатия воздуха, его трения о стенки пор возникает разогрев материала. Это ведет к преобразованию кинематической энергии звуковых волн в тепловую, которая рассеивается в окружающей среде. Дополнительному снижению звуковой энергии способствует деформация гибкого скелета звукопоглощающего материала.

Основной акустической характеристикой звукопоглощающих материалов является коэффициент звукопоглощения α, равный отношению количества поглощенной энергии звуковых колебаний ЕПОГЛ к общему количеству падающей энергии ЕПАД:

По величине коэффициента звукопоглощения материалы делятся на классы: первый класс - α свыше 0,8; второй класс α = 0,4…0,8; третий класс – α 0,2…0,4. Материалы первого класса характеризуются высокой, преимущественно открытой, пористостью и малой средней плотностью (не более 300…500 кг/м3). Коэффициенты звукопоглощения некоторых материалов представлены в табл. 3.15.

Таблица 3.15

Коэффициент звукопоглощения некоторых материалов

118

Для усиления поглощения звуковой энергии звукопоглощающие материалы часто дополнительно перфорируют. Перфорация облегчает доступ звуковых волн к материалу и в зависимости от размера и формы отверстий, их наклона и глубины, а также процента перфорации (отношения площади, занимаемой отверстиями, к общей площади изделия), увеличивает коэффициент звукопоглощения на 10…20 % и более. Для этой же цели фактуру поверхности изделий делают трещиноватой, бороздчатой или рельефной (рис. 3.2) и окрашивают эмульсионными или клеевыми красками, дающими пористое покрытие.

Рис. 3.2. Виды отделки поверхности звукопоглощающих плит

Создание рельефной фактуры и окраска поверхности повышают эффективность звукопоглощения и придают хороший декоративный вид изделию. Такие материалы в архитектурно-строительной практике называют декоратив- но-акустическими.

Звукопоглощающие плиты целесообразно располагать в конструкции с различным воздушным зазором, что также увеличивает звукопоглощение конструкции.

Звукопоглощающие материалы применяют в виде: однослойного однородного пористого материала с офактуренной поверхностью, двух- и многослойных пористых материалов с жестким перфорированным покрытием, а также в виде штучных однослойных и многослойных изделий разнообразных размеров и формы.

Однослойные пористые звукопоглощающие материалы и изделия

Эти материалы и изделия могут иметь волокнистую, конгломератную и ячеистую структуру.

Из звукопоглощающих материалов с волокнистой структурой наибольшее значение имеют минераловатные и древесноволокнистые плиты.

Минераловатные плиты изготовляют из минерального, в том числе

119

стеклянного или асбестового волокна на синтетическом или битумном связующем. Эти плиты отличаются от теплоизоляционных плит более жестким скелетом, сквозной пористостью и внешней отделкой. Эффективными отделочными звукопоглощающими материалами па основе минеральных волокон являются плиты «акмигран» и «акминит». Для производства «акмиграна» применяют минеральную или стеклянную гранулированную вату и связующее, состоящее из крахмала, карбоксилцеллюлозы и бентонита. Из приготовленной смеси связующего и гранул ваты формуют плиты толщиной 20 мм, которые после сушки подвергают отделке (их калибруют, шлифуют и окрашивают). Лицевая поверхность плит имеет «трещиноватую» фактуру. Плиты «акминит» имеют несколько измененный состав (в частности, вместо бентонита используют каолин), а формуют их путем отливки в формах. Коэффициент звукопоглощения обоих видов плит составляет 0,8…0,9. Плиты предназначены для акустической отделки потолков и верхней части стен общественных и административных зданий с относительной влажностью воздуха не более 75 %.

Для звукопоглощающих облицовок используют пористые (мягкие) древесноволокнистые плиты со средней плотностью 200…300 кг/м3. Плиты перфорируют обычно на 2/3 толщины круглыми отверстиями или пазами и окрашивают клеевой краской.

К материалам с конгломератной структурой относят акустические бетоны и растворы в виде плит, блоков, изготовляемые на пористых заполнителях (вспученные перлит и вермикулит, керамзит, природной или шлаковой пемзы) и белом, цветном или обычном портландцементах.

Среди материалов с ячеистой структурой наибольшее распространение получили плиты и блоки из ячеистых бетонов, пеностекла и поропласты

(ячеистые пластмассы с сообщающимися между собой порами).

Звукопоглощающие изделия из пористых материалов с перфорированным покрытием

Основным элементом изделий является пористый материал средней плотности не более 100…140 кг/м3 в виде минераловатных плит, рулонов, акустических бетонных плит или полиуретанового поропласта. С внешней стороны пористый материал закрывают перфорированным экраном, который изготовляют из слоистого пластика, дюралюминия, оцинкованной листовой стали, асбестоцементных листов, гипсовых акустических плит и др. Такие конструкции применяют для акустической отделки потолков и стен в общественных и куль- турно-бытовых зданиях.

Наибольший эффект звукопоглощения достигается при расположении звукопоглотителя непосредственной близости от источника звука. В этом случае часть звуковой энергии гасится до того, как она проникает в помещение. Поэтому в общественных и особенно в промышленных зданиях большое практическое значение имеют штучные звукопоглотители в виде отдельных щитов,

120