1352

Таблица 5.4. Теплоизолирующие свойства различных сэндвич-панелей на основе жесткого ППУ

уклонно возрастает. Последние достижения в данной области

связаны с 'Применением панелей, полученных в .вертикальных

прессах [17]. Пре.имуществом таких паиелей является то, что пенапластавый заполнитель имеет исключительно мелкие ячей­ ки, и поэтому теплопроводность его на 10% ниже, чем у обыч­ ных жестких ППУ. Среди паиелей такого типа широко исполь­ зуют паиели толщиной 125 мм и длиной до 12 м, не имеющие перегородок и крепежных деталей (последние служат тепловы­ ми мостиками). Сравнение теплопроводности сэндвич-паиелей различного типа приведено в табл. 5.4 [18].

Интересной разновидностью сэндвич-панелей, предназначен­

ных для теплоизоляции холодильных камер, являются паиели с

облицовками толщиной 6 мм из бетона, армированного стекля-н­

ным волокном [19]. Такого рода облицовки обеспечивают высо­

кую механическую прочность изделия, надежно защищают пена­

пласт и придают изделию высокую огнестойкость.

Паиели для изоляции холодильных камер можно получать

и непрерывным способом. В этом случае вначале изготавливают панели, облицованные бумагой, а затем к ним приклеивают

жеспше облицовки. На современных установках можно полу­

чать паиели с жесткими облицовками за одну операw1ю.

ЖИЛЫЕ ЗДАНИЯ

За последние 15 лет в разных странах построены сборные

дома на основе сэндвич-паиелей с заполнителем из жесткого пе­

нопласта. Сейчас число таких домов составляет несколько тысяч, и до сих ~пор не было ни одной жалобы на их конструкционные

и теплоизоляционные характеристики. По-видимому, за это вре­

мя ни один из домов, собранных из паиелей с полиурета-но­

вым утеплителем, не пострадал от пожара.

Еще в начале 1960-х годов в Великобритании начали строить

одно- и двухэтажные коттеджп с наружными стенами н перего­

родками из сэндвич-паиелей с внутренним слоем из жеспшго

ППУ. Изнутри стеновые паиели покрывали слоем штукатурки толщиной 10 мм, а снаружиоблицовывали асбоцементными листами толщиной 6 мм, на которые напыляли композицию на

153

основе де~оративной крошки и эпоксидной смолы. В качестве запол•нителя использовали 75-миллиметровый •слой жесткого ППУ плотностью 40 кг/м3• Дома имели стальной каркас, так что паиели служили лишь обшивкой. Особую трудность пред­ ставляло упрочнение мест подвода канализации. Паиели изго­

тавливали в прессе с металлическими плитами размером

9Х25 м. В пространство между плитами пресса вставляли дере­

вянные перегородки, что позволяло одновремеюю изготавливать

н.:сколько панелей. Всего было выпущено около 2 000 комплек­

тов сборных домов такого типа.

Следующим достижением в этой области было применение строительных элементов из жесткого ППУ, наполненных каоли­ новыми или стеклянными шариками диаметром 10-30 мм и плотностью 200-400 кг/м3• Такие наполненные пенапласты по­ зволяют заметно увеличить прочность панелей. Плот.ность пена­

пласта, который в да•нном случае служит одновременно ·И свя­ зующим между шариками, и внутренним слоем панелей, со­

ставляет 70 кг/-мз.

Паиели изготавливают прессовым методом: в форму засы­

пают наполнитель, а затем в полость через систему труб ("или одну трубу) заливают вспенивающуюся композицию. Компози­ ция, подаваемая в форму через отверстия, проделанные по

всей длине пластмассовой трубы, равномерно заполняет прост­

ранство между шариками наполнителя. Для изготовления

паиелей используют различные варианты непрерывной техноло­

г.ии. Обычно ту сторону панели, которая будет обращена внутрь

помещения, покрывают штукатуркой, а противоположнуюос­

тавляют непокрытой (для этого на соответствующую полуфор­

му перед прессованием наносят антиадгезионную смазку). Это сделано с тем, чтобы можно было варьировать отделку наруж­

ных стен.

Из подобных же ланелей собирают одноэтажные коттеджи и

дачные домики (типа бунгало) во Франции [20].

Легкие дома, изготовленные из сэндвич-паиелей с внутрен­

ним слоем из наполненного пенопласта, обладают целым комп­

лексом положительных качеств: низкая стоимость за счет сни­

жения затрат на транспорт и монтаж панелей; уменьшение рас­

хода стали и бетона; хорошая звукоизоляция.

Новый принцип производства сэндвич-паиелей для сборного

домостроения применили в Норвегии [21]. Од.на из фирм, спе­

циализирующаяся в производстве гипсовых панелей, сконструи­

ровала установку для изготовления непрерывным способом сэнд- ·

вич-панелей с гипсовыми облицовками и заполнителем из жест­

кого ППУ. Из таких паиелей •можно всего за несколько часов собрать дом с теплоизоляцией и погодостойкl:lм наружным по­

крытием, готовый к заселению. Сокращение срока строительно­ монтажных работ и уменьшение стоимости строительства дела­

ют такие .панели перспектинными как для сооружения зданий

повышенной этажности, так и для небольтих коттеджей, удав-

154

летворяющих самым высоким требованиям комфорта и не тре­

бующих больших .затрат на отопление.

Рассмотрим теперь данную технологию подробнее. Напом­

ним, что для изготовления паиелей 'ПРИ обычных методах строи­ тельства на деревянную или стальную опалубку наносят штука­ турку, затем 'На нее 'Накладывают слой теплоизоляционного ма­

териала, котор,ый опять покрывают шту·катуркой. Новая тех­

нология дает .возможность выпускать за один цикл в заводских

условиях стеновые панели, готовые к немедленному применению.

Принцип изготовления таких паиелей на конвейере состоит в следующем. Между· двумя движущимися листами сухой шту­

катурки .помещают всю «начинку» паиели (арматуру для э.'lек­

тропроводки, короб1ш оконных рам, ка,нализационные трубы и

т. д.) и туда же непрерывно подают вспенивающуюся полиуре­

тановую композицию. Этот метод позволяет получать паиели шириной 2,4 м (стандартная высота комнаты) и в принципе лю­

бой длины. Максимальная длина паиелей в настоящее время со­

ставляет 8,4 м; в будущем предполагается выпускать панели

длиной до 13,4 м. Все составные элементы дома: внешние стены,

перегородки и перекрытия - можно перевозить на одном грузо­

вике. Стандартная толщина стеновых паиелей- 80 мм, толщи­ на по.тшуретанового утеплителя- 55 мм. Коробку собирают за

3-4 ч, затем ленточной пилой прорезают дверные и оконные проемы, куда вставляют косяки и рамы. Через встроенные в па­

нель кабелепроводы протягивают электропроводку и устанав­

ливают стропильные фермы, которые прикрепляют к запрессо­

ванны"r в паиель доскам.

С внешней ·стороны стены покрывают погодастойким строи­

тельным картоном и отделывают одним из распространенных

декора'J'Iивных или защитных материалов, например деревом,

кирпичом или мраморной крошкой.

Первый опытный до:м из таких 'панелей ·был построен в Нор­ вегии в 1973 г., а уже через год несущие стены и перегородки из сэндвич-панелей, облицованные штукатуркой, получили офи­ циальное одобрение норвежских правительственных органов. Стеновые паиели ·с деревянной обшивкой на обрешетке успешно

выдержали ·Испытание несущих 1юнструкций на огнестойкость

по методикам, приняты;м как в Норвегии, так и в Швеции. Оригинальные паиели с полиуретановым заполнителем,

предназ·наченные для ·сборного домостроения, выпускают в Бель­

гии [22]. Снаружи панелп облицованы керамической плиткой <<.под кир.пич» (размера:\! 50Х 190 мм и тощдиной 12 мм) крас­

ного, желтого, коричневого п белого цвета. Плитку прикрепля­ ют к паиели композицией на основе песi<а и полиуретанового

связующего. С внутренней стороны паиели облицованы плита­ ми толщиной 6 мм из водонепроницаемого огнеупорного мате­ риала, с боковжестким ППУ, армированным стеклянным во­

локном, с канавками ·Или выступами для монтажа коммуника-

155

ций. В качестве утеплителя используется жесткий ППУ с высо­

кими теплоизоляционными характеристиками.

В 1973 г. близ Брюсселя было ,возведено опытное здание,

входе эксплуатации которого подтвердились высокая долговеч­

ность и отличная погодастойкость материалов, из которых оно

.было построено. На отопление здания ра·сходуется вдвое мень­ ше топлива, чем на отопление обычного сооружения такого же

размера. Одна из крупных бельгийских строительных фирм ис­ пользовала эти паиели для изготонления 1700 комплектов сбор­ ных домов, пр·едназ·наченных для поставок в страны Ближ•него и Среднего Востока, где проблема создания прохладной атмосфе­ ры в жилых помещениях с'Гоит не менее остро, чем проблема со­

хранения тепла в помещениях в странах с )11Меренным и холод­

ным климатом [23]. Такой дом бригада из трех человек соби­ рает (при готовом фундаменте) за неделю.

С 1973 г. в странах Ближнего и Среднего Востока начался настоящий бум .в области паиельнога домостроения. Над выпол­

нением за~азов из этих стран трудится целая армия архитекто­

ров и подрядчшюв; мес11ные и иностранные строителыные фирмы

предлагают сэндвич-,панели различных типов. Опыт, приобре­ тенный строителями в этом регионе, может внести большой

вклад в утверждение основных принципов строительной техноло­

гии, основанной на применении сэндвич-панелей.

Сборное домостроение является отнюдь не единственной об­

ластью применения жестких ППУ и ПЦУ в жилищном строи­

тельстве. Двухслойные паиели из жесткого ППУ и штукатурки позволяют решить проблему ликвидации влаги, ·конденсируемой на стенках непроветриваемых помещений. Такие паиели можно

использовать также для внутренней теплоизоляционной обшив­

ки стен, не имеющих воздушной прослойки. В ряде случаев по­

лости пустотелых стен за.полняют измельченными отходами пе­

нопластов вместо того, чтобы заливать туда пенопласт. В Гол­

ландии крыши новых зданий утепляют жест~им ППУ, покрывая

его снаружи рубероидом, а паиели из ППУ и фанеры широко

применяют для изготовления полов в фургонах и трейлерах.

В Великобритании с помощью ППУ удалось решить важную проблему ремонта старых зданий [24]. Дело в том, что в пусто­

телых стеновых ,конструкциях кир.пичные стенки соединены м·е­

таллическими перемычками, закрепленными раствором. ·Металл, контактирующий с коррозионно-ак11ивным ра•створом, ржавеет

п «набухает», вызывая растрескивание кирпичной кладки. В ре­

зультате :появляются тр·ещины и на внешнем покрытии стены.

То же наблюдается при осадке здания. Раньше в таких случаях

удаляли внешнее покрытие стены, заменял·и металлические пе­

ремычки и заново отделывали здание. В 1975 г. ремонт стан­

дартного двухквартирного дома с площадью стен 100 м2 длился

около д·ВУХ •месяцев. Сейчас эту задачу успешно решают залив­

кой жесткого ППУ в пространство между кирпичными стенка­

ми; пенапласт плотно соединяет два слоя кладки и дополни-

156

тельно обес.печивает теплоизоляцию зданий. На все работы ухо­

дит два дня. Кроме того, применение ППУ позволяет значи­ тельно ·снизить стоимость ремонта. Этот метод используется

также для упрочнения и герметизации стен многоквартирных и

общественных зданий.

ПРОМЫШЛЕННЫЕ И АДМИНИСТРАТИВНЫЕ ЗДАНИЯ

Хорошо известно, что максимальная утечка тепла из зданий nроис~одит через стены и крыши. Им•енно эти элементы целесо­

образ·нее всего изолировать с помощью .пенопла•стов.

Жесткий ППУ весь·ма эффективен в качестве материала для

утепления крыш [4д]. Обычно паиели из ППУ накладывают на

плоские бетюнные или стальные настилы крыш, покрытые ас­

фальтом ·или битумом. Для того чтобы панели не деструктиро­

вали при ·IЮнта.кте с горячим асфальтом, вместо ППУ стали ис­ пользовать ·более термостойкий полиизоциануратный пена­ nласт. Так, в странах Северной Европы, применяя паиели тол­ щиной 25-60 мм, изолировали крыши фабричных зданий пло­

щадью свыше 100 000 м2 ·И экономили за ·счет этого не менее

40% энергии, затрачиваемой на отопление.

Крыши старых и вновь сооружаемых зданий •можно изолиро­

вать также напылением вспенивающейся полиуретановой компо­

зиции. При этом вся поверхность крыши оказывается закрытой

сплошным водонепроницаемым слоем ж·есткого •пеноматер.иала.

Этот метод широко используется в США и Канаде [25, 26] ;

масштабы его применения в Европе значительно скромнее [27].

Пенапласт можно предохранять от воздействия УФ-излучения и возможного загорания. Для этого часто применяют специальную

гибкую пленку и р·еже защитные покрытия, наносимые распыле­

нием или с nомощью валков.

В строительстве промышленных и административных зданий

все шире используются сэндвич-паиели с заполнителем ·ИЗ жест­

кого ППУ или ПЦУ и профилированными стальными облицов­

ками [28, 29]. Такие паиели изготавливают в заводск·их усло­ виях, что гарантирует их высокое качество. Для теплоизоляции стен часто используют двухслойные паиели из ППУ и ж·естко­

го (сталь, штукатурка, асбестовый картон) или гибкого (бумага, алюминиевая фольга, стеi<лоткань и т. п.) облицовочного мате­

риала. Выбор материала облицовки определяется совоi<упностью

требований, предъявляемых к конкретному изделию.

ДРУГИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Жесткий ППУ используют в качестве теплоизоляционного

ма1'ернала не только в строительстве. Например, веснма перс­

пективно его применение для теплоизоляции различных трубо­ проводов. Трубы изолируют либо «скор"lупами», формуемыми

или вырезаемыми из блоков ППУ, ·либо заливая и вспенивая

157

композицию в конструкции типа «труба .в трубе»; менее распро­

странены 'Методы напыления и обмотки. Использование ППУ

для изоляции только одного трубопровода длиной 100 км .позво­

ляет ежедневно экономить 1200 л жидкого топлива, цены на ко­

торое, как известно, быстро растут. В 1974 г. фирма «Оуэне

корнинг файберглас» получила заказ на изготовление теплоизо­

ляции аляскинекого теплопровода длиной 620 К'М [30]. Для то­

го чтобы теплоизоляция могла выдержать тяжесть снега и льда

и не разрушить·ся по.л. воздейств·ием тепловых напряжений, в ка­

честве изоляции труб фирма применила жесткий ППУ, ар·миро­

ванный стеклянным волокном.

Значите.'Iьный объем ППУ расходуется в настоящее время

на теплоизоляцию различных резервуаров-хранилищ и грузовых

судов [ 14д]. Так, жесткий ППУ, используемый в танкерах

для изоляции резервуаров с сжиженным природным тазом, не

разрушае.тся при температурах до -160°С. В трюмах современ­

ных таю<еров, перевозящих нефть и нефтепродукты, устанавли­

вают до .пяти металлических резервуаров, отделенных от корпу­

са судна <Слоем теплоизоляционного материала, который оllно­ временно дейст·вует как барь·ер, предохраняющий корпус судна от контакта с нефтепродуктами в случае повреждения резервуа­

ра. При этом жесткий ППУ, напыляемый сплошным слоем на

поверхность резервуаров, значительно превосходит такие изоля­

ционные материалы, как бальса, перлит и пенополивинилхлорид.

Несомненно, в ближайшем будущем следует ожидать появле­ ния новых областей пр·именения жесп<ого ППУнаиболее уни­

версального из всех существующих теплоизоляционных мате­

риалов.

ЛИТЕРАТУРА

1.Saunders !. Н., Frisch К. С. (1962). Po1yurethanes: Chemistry and Teclшo­ logy, Part I, Wiley.

2.Buist !. М., Gudgeon Н. (Eds.) (1968). Advances in Polyurethane Technology, Mac1aren.

3.Dransfield А., ICI Organics Division, Private communication.

4. Fislter В. Н. (1965). Trans. Plast. Inst., Lond., Supplement No. 1267.

5.Hartsock !. А. (1968). Design of Foam Filled Structures, Technomic PuЬii­ slling Со., Stamford, Conn.

6.Doherty D. !., Hurd R., Lester G. R. (1962). Chemistry and Industry, 30, 1340.

7.Buist !. М., Doherty D. !., Hurd R. (1965). Progress in Refrigeration Science

and Tec1шology, 271.

8.Ball G. W., Hurd R., Walker М. G. (1970). J. Cell. Plast., 6(2), 66.

9.Schmidt W. (1968). Appl. Phys., 11 (4), 19.

10.Norton F. !. (1967), J. Cell. Plast., 3(1), 23.

11.Ball G. W., Healey W. G., Partington !. В. (1978). J. Cell. Plast., in press.

12.Zehendner Н. Forschungsinstitut fiir Warmeschutz е. V., Private communication, Aug. 1975.

13.Digest of UK Energy Statistics 1977. Puhlication Ьу HMSO from Department of Energy.

14.Humphreys К. F. !. (1974). The case for improved standards of therma1 insuIation, paper given at QMC, University of London, 19 Sept.

158

Глава6

СНИЖЕНИЕ ПОЖАРООПАСНОСТИ ЖЕСТКИХ ПЕНОПОЛИУРЕТАНОВ

ВВЕДЕНИЕ

160

нергизма действия оксида углерода и цианида водорода, выде­

ляющихся при горении полиуретанов.

Необоснованная критика ППУ базируется на представле­

нии о том, что при горении полиуретанов быстро достигается

летальный уровень HCN и выделяются какие-то «сверхтокси­ ны». В связи с ра-спространенностью таких утверждений среди

неспециалистов особую важность приобретают ра·боты по объ­ ективной оценке пожароопасности жестких ППУ. Специалистьт

по горению полимерных материалов хорошо знают, как трудно

оценить количественно относительный вклад различных фак­

торов в опасность возникновения пожа ров.

Стремление людей к комфорту привело к расширению при­

ме.нения тепло- и звукоизоляционных материалов. Из мнопrх домов исчезли дымоходы, меньше стало сквозняков. Все ЭТ(} способствовало повышению температуры и снижению влажно­

сти в жилых помещениях и тем самым увеличивало вероятность.

возгораний. Та·ки1м образом, проблема сводится к по•искам при­

е:о.шемого компромисса между пожарной безопасностью и ком-­

фортом. Не случайно предприятия, выпускающие полиурета­ ны, вь!iделяют значительные а•ссигнования как на разработку

ППУ пониженной пожароопасности, так и на исследования

факторов, определяющих поведение ППУ при пожаре.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ОПАСНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ

Прежде чем приступить к оценке достижений в области

снижения пожароопасности жестких ППУ, целесообразно вы­ я-снить относительную опа,сность различных факторов, сопро­ вождающих пожар. Проводимая ниже шкала относительной опасности (в порядке убывания) этих фюпоров хотя и У'Словна, но отражает точку зрения большинства специалистов:

снижение содержания юrслорода и возрастание концентра-

ции оксида углерода; повышение температуры;

дымообразование; пря·мое воздействие огня;

при~утствие токсичных газов (помимо оксида углерода);

паника.

ПЕНОПОЛИУРЕТАНЫ

Влияние химического состава ППУ на его пожароопасность.

оценивают следующими показателями: легкость возгорания

(воспламеняемость), с·корость распространения пламени; выде­

ление тепла, дымовыделение, образование токсичных газов,

легкость тушения.

В ряде случаев используют несколько иные показатели: го­

рючесть, воспламеняемость, поведение в пламени, стойкость к воздействию пламени (огнестойкость).

Ниже показано, что результаты испытаний самого пена­

платста часто бывают недостаточны и следует оценивать огне­

стойкость не материала, а кою<;ретного изделия.

В л и я н и е т и п а и з о ц и а н а т а. Одно из первых дости­

жений в повышении огнестойкости жестких ПП~т сnязано с за­

меной ТДИ на ПИЦ в исходных рецептурах [2д]. Такие мате­ риалы, впервые разработанные в Англии, быстро получили ши­

рокое раслространеюrе в строительстве. Замена изоцианата позволила повысить стойкость ППУ к низrсотемпературному возгоранию (путем повышения темтнературы плавления) и, кроме того, добиться исключения при горении каплепадения

[3].

Использование простых полиэфиров на основе ароматиче­

ских и других циклических веществ, таких, как толуилендиамин,

диаминодифенил,метан и сахароза, увеличивает коксовый оста­

улучшении огнестойкости ППУ при использовании в качестве

полиольнаго компонента полиэфиров на основе 1,1,1-трихлор- 3,4-эпоксибутана, содержащих до 47% хлора:

--.л-СНСН.-0-..л-

1 -

CH2CCI 3

Данный полиол получают из аллилового спирта и CCI 4 с

последующим дегидрохлорированием:

Основание

CCI4 +СН2=СНСН20Н ------+ CCI 3CH2 -CHCICH20H ----+-

------+ CCI 3CH2CH-CH2

v

Полиолы этого типа, безусловно, дороже обычных из-за вы­

сокой стоимости аллилового спирта, но пенапласты па их ос­

нове превосходят обычные ППУ при испытаниях на скорость

распространения пламени, дымавыделение и выгорание (ASTM

3014/73).

В л и я н и е о г н е за щ ИI т 1Н ы х д о б а в о к. В последние

годы постоянно увеличивается объем применения огнезащитных

доба·вок (антипиренов), которые принято раз.де.Тiять на два

классаактивные (реакционноспособные) и пассивные. На­

пример, пассивная добавкатрихлорэтилфосфат

/OCH2CH2Cl

0=Р-0СН2СНр

"'осн2снр

активная добавкаоксипропилированная фосфорная кислота

/0 [СН2(СН3)СНО]Н

0=Р-О[СН2(СН3)СНО]Н

"'О\СН2(СН3)СНО]Н

162