Современные полимерные теплоизоляционные материалы. Учебное пособие для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство
.pdfТаблица 4.4
Эксплуатационные свойства плиточного закрытопористого пенополивинилхлорида, производства компании «Инкомпен»
Показатели |
|
Марка пенопласта |
|
||
ПВХ-1-115 |
|
ПВХ-2-150 |
|
ПВХ-2-195 |
|
|
|
|
|||
Плотность, кг/м3 |
115 ± 15 |
|
150 ± 20 |
|
195 ± 25 |
Прочность при 10 % сжатии, МПа, не менее |
0,7 (0,85) |
|
0,8 (0,95) |
|
1,5 (1,65) |
Водопоглощение за 24 г, кг/м3, |
0,2 |
|
0,3 |
|
0,3 |
не более |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплопроводности при 23 , Вт/(м· ) |
0,035 |
|
0,040 |
|
0,040 |
Температура применения, |
|
|
от –60 до +60 |
|
|
Линейная усадка за 24 ч при температуре 60 ± 3 , % |
1,0 |
|
1,0 |
|
1,0 |
Беспрессовым методом производят жесткие пенопласты марок ПВХ-1, «Виникор жесткий» и эластичный пПВХ марки «Виникор эластичный». Вспенивание пенопласта марки ПВ-1, получаемого на основе ПВХ иперхлорвинила сдобавлением метилметакрилата, происходит за счет разложения порофора ЧХ3-57. При этом плотность пенополивинилхлорида может колебаться в пределах от 50 до 120 кг/м3.
Достоинствами пенополивинилхлорида являются низкая плотность, хорошие прочностные, звуко- и электроизоляционные характеристики, высокие химическая стойкость, био-, водо- , нефте -, масло- и бензостойкость, низкие водопоглощение и теплопроводность (0,035–0,058 Вт/(м· )). Для производства пенопластов используют относительно дешевое и доступное сырье. Пенопласты марок ПВХ-1, ПВХ-2, ПВХ-Э обладают пониженной горючестью, однако при их пиролизе и пламенном горении наблюдается интенсивное дымообразование (табл. 4.5).
Таблица 4.5
Дымообразующая способность пенопластов на основе термопластичных полимеров
|
|
||
|
Коэффициент дымообразования, кг/м2, |
||
Марка пенопласта |
|
в режиме |
|
|
пиролиза |
|
пламенного горения |
Пенополивинилхлорид марка: |
500 |
|
1019 |
ПВХ-1 |
|
||
ПВХ-2 |
638 |
|
1000 |
ПВХ-Э |
2087 |
|
1285 |
ППС марки ПС-1-600 |
1611 |
|
1048 |
ППС марки ПС-1 +3 % гексабромэтана и Sb2O3 |
1648 |
|
1131 |
ППС марки ПС-1 +3 % декабромдифенилоксида |
1388 |
|
1219 |
ППС марки ПС-1 +5 % 1,2-дибром-4-(1,2-дибромэтил)цикло |
1607 |
|
1237 |
гексана |
|
||
|
|
|
|
«Мипора» |
848 |
|
400 |
К недостаткам пенопластов на основе ПВХ относятся низкая термостойкость полимерной матрицы и относительно узкий интервал рабочих температур (от –60 до +60 ), образование HCl при разложении игорении пПВХ за счет дегидрохлорирования ПВХ, приводящего ккоррозии строительных конструкций и оборудования.
Изделия из жесткого пенополивинилхлорида выпускают в виде плит, скорлуп и различных сегментов, а эластичный пПВХ используют в качестве строительной звуко- и теплоизоляции при производстве стеновых панелей и плит перекрытия, дверей и перегородок, теплоизоляции труб и резервуаров. В промышленности указанные пенопласты применяют для тепло- и звукоизоляции транспортных средств, при производстве плавучих средств. Эластич-
31
ные разновидности пенополивинилхлорида используют в строительной индустрии в качестве уплотняющих и амортизационных материалов, для устройства звукоизоляции полов.
Следует отметить, что существуют разновидности микропористого пПВХ, полученные спеканием ПВХ (мипласт), вымыванием содового наполнителя (пластипор), либо производят пенопласты из смеси ПВХ, крахмала и циклогексанона (поровинил) с последовательным вымыванием циклогексанона, набуханием крахмала в горячей воде, обработкой крахмала в щелочиигидролизомкрахмалавводе.Указаннаяразновидностьпенополивинилхлоридаприменяется для изготовления сепараторов для автомобильных аккумуляторов.
4.3.Пенополистирол
Как отмечалось выше, первое место по объему производства и применения в строительной отрасли занимает пенополистирол, который относится к закрытоячеистым пенопластам
ипроизводится из полистирола или его производных (полидихлор- и полимонохлорстирола). В зависимости от метода производства различают следующие виды ППС:
––беспрессовыйППС (ППС марок ПСБ иПСБ-С, стиропор или EXP— Expanded PolyStyrene),
получаемый предварительным вспениванием гранул суспензионного полистирола за счет испарения содержащихся в них легкокипящих жидких вспенивающих добавок (дихлорметана, пентана, изопентана) при их обработке водяным паром с последующим окончательным вспениванием и спеканием гранул вблок-формах. Теплоизоляционные изделия(плиты) из ППС, полученные беспрессовым методом должны отвечать требованиям ГОСТ 15588-2014. Разновидностью данного пенопласта является неопор, отличающийся отстиропора наличием микрочастиц графита,отражающегоинфракрасноеиультрафиолетовоеизлучения,повышающеготемсамым теплоизоляционные свойства ППС. Аналогом данного материала является автоклавный ППС, для получения которого осуществляют спекание гранул пенополистирола в автоклаве;
––прессовый ППС, получаемый при смешивании полистирола с твердыми газообразователями(порофорыДАК,карбонатаммония)споследующимгорячимпрессованиемполученной композиции. При этом порофоры разлагаются с образованием равномерно распределенного газа и вспениванием заготовки в обогреваемой камере. В настоящее время прессовый ППС марок ПС-1 и ПС-4 практически не используется в промышленности, так как по сравнению со стиропором стоимость его производства выше, а свойства практически аналогичны. Следует отметить, что плотность у прессового ППС несколько выше, и, соответственно, он имеет более высокие прочностные характеристики;
––экструдированный (экструзионный) ППС (XPS — eXtruded PolyStyrene), известен под торговыми названиями «Пеноплекс», «Техноплекс»), получают из гранул суспензионного полистирола с добавлением газообразующих добавок (хладоны или бесфреоновые системы на
основе CO2), которые при плавлении гранул в экструдере разлагаются с образованием газов. В результате экструзии получают монолитную мелкопористую структуру пенопласта. Разновидностью данного вида пенопластов является автоклавно-экструзионный ППС, получение
которого осуществляют обработкой экструдата в автоклаве. К преимуществам ППС относятся низкие плотность (до 60 кг/м3), теплопроводность (λ = 0,029–0,039 Вт/(м· )), водопогло - щение и паропроницаемость, сравнительно высокая прочность, хорошие звукоизоляционные свойства,иневысокаястоимость.ТеплоизоляционныеизделияизППСприменяютпритемпературах от –180 до +80 . Пенополистирол повышает в два раза термическое сопротивление ограждающих конструкций и на 20–25 % снижает расход топлива на отопление зданий. Долговечность ограждающих конструкций сприменением ППС составляет от13 до 43 лет взависимости от марки пенопласта и технологии его производства. К недостаткам пенополистирола относятся его низкая стойкость к воздействию ультрафиолета и растворителям, горючесть
итоксичность продуктов пиролиза ипламенного горения, способность стечением длительного срока эксплуатации выделять токсичный мономер (стирол) и склонность его к окислению на воздухе. Для сравнения в табл. 4.6 приведены эксплуатационные свойства беспрессового
иэкструзионного пенополистирола.
32
Из таблицы следует, что экструзионный ППС обладает более высокой прочностью иболее низкими паропроницаемостью и водопоглощением. Теплопроводность указанных пенопластов практически одинакова, астоимость стиропора ниже. ППС производят ввиде гранул(стиропор, неопор), листов и плит (в том числе с фольгированной поверхностью для отражения теплового излучения, с рельефной поверхностью и со специальными креплениями для монтажа), блоков, фасонных (скорлуп) и формованных изделий. Он используется в качестве сердечника для вакуумных теплоизоляционных панелей и применяется в производстве композитных строительных изделий: сэндвич-панелей, термопанелей, SIP-панелей и термобруса.
Таблица 4.6
Физико-механические свойства беспрессового и экструзионного пенополистирола
Показатели |
Вид пенополистирола |
||
Беспрессовый |
Экструзионный |
||
|
|||
Плотность, кг/м3 |
10–50 |
33–40 |
|
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м· ) при t = +25 |
0,036–0,043 |
0,028–0,032 |
|
Паропроницаемость, мг/(м·ч·Па) |
0,50 |
0,01–0,02 |
|
Водопоглощение за 24 ч при полном погружении в воду, % |
2–4 |
0,1–0,3 |
|
Прочность на сжатие при 10 % деформации, МПа |
Не более 0,04–0,20 |
0,25–0,50 |
|
Влажность, % мас. |
Не более 2–4 |
2–3 |
|
Рабочий диапазон температур, |
–180 – +80 |
–50 – +75 |
|
Срок службы (установленный экспериментально) |
~30 лет |
~50 лет |
|
Вид изделий |
Блоки, плиты, скорлупы |
Плиты |
|
Изделия из ППС широко используют в качестве несъемной опалубки, при теплоизоляции транспортных средств. ППС применяют также вкачестве звукоизоляционного, амортизационного и упаковочного материала, в производстве плавучих средств, литьевых форм, лотков для пищевых продуктов. Гранулы и дробленую крошку ППС используют вкачестве транспортиро- вочногоматериаладляхрупкихгрузов,длянасыпнойтепло-извукоизоляции.Длятепловойизо- ляции зданий и сооружений чаще всего используют плиты из ППС марок 20, 25, 30 и40 (ГОСТ 15588-2014), пенопласт плиточный полистирольный марок ПС-4-40, ПС-4-60 и ПС-4-65.
Эффективно применение гранул ППС в качестве пористого заполнителя для производства особо легких бетонов (полистиролбетонов) с поризованной структурой на цементном вяжущем, предназначенных для производства сборных изделий заводского изготовления или монолитных строительных конструкций, изготавливаемых в условиях строительного производства, при сооружении энергоэффективных жилых и общественных зданий.
Полистиролбетоны (ПСБ) по степени теплозащитных и конструкционных показателей классифицируют на:
––теплоизоляционные (средняя плотность Д150–Д225, прочность при сжатии не ниже марки М2);
––теплоизоляционно-конструкционные (средняя плотность Д250–Д350, класс по прочности не ниже В0,5);
––конструкционно-теплоизоляционные (средняя плотность Д400–Д600, класс прочности не ниже В1,5).
СповышениемсреднейплотностиПСБсД150доД600возрастаютмаркапоморозостойкости
сF1 35 до F1 300 икоэффициент теплопроводности в сухом состоянии с 0,051 до 0,135 Вт/(м· ) и снижается паропроницаемость бетона с0,135 до 0,068 мг/(м·г·Па). Полистиролбетон при испы- таниипоГОСТ30244-94,ГОСТ30402-96иГОСТ12.1.044-2018относитсякгруппегорючестиГ1, группе воспламеняемости В1, обладает умеренной или малой дымообразующей способностью, а по токсичности продуктов горения — к умеренно опасным материалам.
33
Глава.5.Полимерные теплоизоляционные материалы на основе реакционноспособных олигомеров
Кпенопластамнаосновереакционноспособныхолигомеров,широкоиспользуемыхвстроительной индустрии, относятся напыляемые и заливочные ППУ, пенополиизоцианураты, заливочныерезольныеи новолачныепенофенопласты,эпоксидныеи карбамидныепенопласты.
5.1.Термостойкостьипожарнаяопасностьпенопластов
Пожарная опасность заливочных пенопластов на основе реакционноспособных олигомеров зависит от химической природы полимерной матрицы и соотношения исходных компонентов, применяемых при синтезе газонаполненных полимеров, кажущейся плотности пен и продолжительности их теплового старения, а также от методов испытаний газонаполненныхполимеров.Термостойкостьигорючестьнаиболеераспространенныхвстроительствепенопластовприведенывтабл.5.1,изкоторойследует,чтотермостойкостьигорючестьжестких ППУ значительно уступают КФП и резольным пенофенопластам.
Таблица 5.1
Термические свойства и показатели пожарной опасности заливочных пенопластов
Показатели |
Марка пенопласта |
|
||
Резольные |
ППУ |
КФП |
||
|
пенофенопласты |
|||
|
|
|
||
Температура, : |
249–371 |
190–210 |
175–195 |
|
начала интенсивного разложения |
||||
тления |
265–360 |
– |
– |
|
максимальной скорости разложения |
485–508 |
240–360 |
258–274 |
|
воспламенения |
470–500 |
235–255 |
240–260 |
|
самовоспламенения |
540–600 |
435–530 |
440–470 |
|
Максимальная скорость разложения, %/мин |
6,97–11,9 |
9,8–13,2 |
14,2–14,8 |
|
|
|
|
|
|
Кислородный индекс, % |
33,4–44,1 |
20,8–24,6 |
29,3–32,8 |
|
Плотность теплового потока воспламенения, кВт/м2 |
29,5–41,6 |
14,7–29,5 |
21,1–35,6 |
|
Показатель горючести Kcр при испытании методом |
0,4–2,2 |
0,83–2,1 |
0,71–1,62 |
|
керамической трубы по ГОСТ 12.1.044-84 |
и более |
|||
|
|
|||
Термостойкость резольных ПФП марки ФРП-1 зависит от физико-химических свойств и соотношения форполимера ФРВ-1Аи продукта ВАГ-3, скорости и условий нагрева: с ростом содержания продукта ВАГ-3 в исходной композиции с 16,6 до 20 % мас. Тнр-пенофенопласта
ФРП-1 при нагревании на воздухе соскоростью 10 град/мин возрастает с249 до 258 , а Тmax снижается с 508 до 489 . Термостойкость промышленных марок резольных заливочных пе-
нофенопластов при нагревании на воздухе со скоростью 10 град/мин приведена в табл. 5.2.
Таблица 5.2
Термостойкость промышленных марок заливочных резольных пенофенопластов
|
|
Марка пенопласта |
|
|||
Показатели |
ФРП-1 |
Виларес-РНП |
Виларес-400 |
НРВ-35 |
Кулфен |
|
|
плотностью |
|||||
|
|
|
|
|
35 кг/м3 |
|
Температура, : |
361 |
305 |
320 |
333 |
339 |
|
начала интенсивного разложения |
||||||
325 |
347 |
328 |
394 |
304 |
||
10%-й потери массы |
||||||
491 |
507 |
508 |
503 |
502 |
||
максимальной скорости разложения |
||||||
|
|
|
|
|
||
Максимальная скорость разложения, %/мин |
11,9 |
11,63 |
6,92 |
71,50 |
7,39 |
|
Потеря массы при 700 , % |
95,26 |
95,95 |
95,32 |
99,80 |
97,92 |
|
|
|
|
|
|
|
|
34
Термостойкость КФП практически не зависит от химической природы вспенивающего агента и метода синтеза карбамидных олигомеров, а также способа получения пенопласта: Тнр-пенопластамаркиМФП-3(воздушно-механическоевспенивание),КФПнаосновеизсухих карбамидных смол и карбамидной смолы марки КФ-МТ (физическое вспенивание) составляет
соответственно 185, 195 и 175 , а Тmax для всех пенопластов равна 260 . Тнр ППУ, как правило, не превышает 210 , а Тmах на первой стадии разложения — 360 (табл. 5.1).
Горючестьпенопластовнаосновереакционноспособныхолигомеровопределяетсяихплотностью (рис. 5.1), соотношением исходных реагентов и условиями теплового старения теплоизоляционных изделий. Так, при изменении плотности ПФП с 40 до 120 кг/м3 и соотношения ФРВ-1А : ВАГ-3с7 : 1 до 3:1 КИ пенофенопластов повышается с 33,7 до 44,1 %, температуры тления, воспламенения и самовоспламенения возрастают соответственно с 265, 470 и 540 до 300, 500 и600 , апоказатель горючести при испытании методом КТ поГОСТ 12.1.044-84 возрастает с 0,6 до 2,1. Так, для эпоксидных пенопластов плотностью 100 кг/м3 КИ и спр равны 19,5 и 21,0 % соответственно. С повышением температуры теплового старения ПФП марки ФРП-1 с 40 до 160 плотностью 79,8 кг/м3 в течение 100 ч КИ пенопласта уменьшается
с36,4 до 35,5 % (рис. 5.2). При этом пенофенопласты более высокой плотности менее устойчивы к тепловому старению. С ростом плотности КФП с 48,5 до 154,3 кг/м3 КИ и спр возрастают соответственно с 29,4 и 29,8 % до 30,1 и33,2 % (см. рис. 5.1). При использовании в качестве вспенивающего агента изопентана горючесть КФП закономерно повышается: КИ снижается
с29,4 до 27,5 %.
, % 2
45
41
37 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1’ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
33 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2’ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3’ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
25 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
||
, / 2
Рис. 5.1. Зависимость кислородного индекса (1, 2, 3) и предельной концентрации кислорода (1′, 2′, 3′) заливочных пенопластов от их плотности:1, 1′ — ПФП; 2, 2′ — КФП; 3, 3′ — жесткие ППУ
, %
37
36
35 
34
33
32
20 40
1
|
|
|
|
2 |
|
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
|
, º |
|
|
|
|
Рис. 5.2. Зависимость горючести резольных пенофенопластов марки ФРП-1 от температуры старения: 1 — пенопласт плотностью 79,8 кг/м3; 2 — пенопласт плотностью 99,5 кг/м3
35
Скорость распространения пламени по горизонтальной поверхности резольных ПФП возрастает обратно пропорционально их плотности (рис. 5.3). При этом с увеличением содержания продукта ВАГ-3 в исходной композиции Vрп пенофенопластов при одной и той же плотности снижается. Наблюдаемый эффект обусловлен ростом в ПФП концентрации свободной о-фосфорной кислоты, являющейся компонентом продукта ВАГ-3 и эффективными антипиренами коксующихся полимеров.
По сравнению с другими промышленными пенопластами резольные ПФП имеют низкую дымообразующую способность (максимальная удельная оптическая плотность дыма при испытании по ГОСТ24632-81 не превышает 35). Они относятся к умеренноили слабогорючим материалам. Пенофенопласты серии «Виларес» больше склоны к тлению, чем ПФП. Они относятсякгорючимматериаламсвысокойдымообразующейспособностью.Приэтомскорость дымообразования в режиме горения значительно выше, чем в режиме пиролиза.
V , /
12 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
8 |
13 |
18 |
23 |
||
1/ρ, 3/ ·10–3
Рис. 5.3. Зависимость скорости распространения пламени по горизонтальной поверхности от плотности пенофенопласта марки ФРП-1 и соотношения ФРВ-1А : ВАГ-3:
1 —100 : 15; 2 — 100 : 20; 3 —100 : 25; 4 — 100 : 30
Резольные ПФП, КФП и жесткие ППУ при пиролизе и горении выделяют большое количество разнообразных токсичных продуктов. Так, например, ПФП по токсичности продуктов пиролиза и пламенного горения относятся к высокоопасным материалам, а их массовый токсикометрический показатель равен 6,6–14,3 кг/м3. Основными продуктами высокотемпературного пиролиза ПФП марки ФРП-1 являются оксиды углерода и азота, Н2O, формальдегид, бензол, толуол, фенол и другие углеродсодержащие соединения (табл. 5.3).
Таблица 5.3
Состав летучих продуктов термической деструкции пенофенопласта марки ФРП-1
|
|
|
Концентрация продуктов, % мас. |
|
|||
Продукты пиролиза |
|
от общего количества летучих при температуре, |
|
||||
|
300 |
|
400 |
500 |
600 |
|
700 |
|
|
|
|
|
|
|
|
СО |
0,07 |
|
0,08 |
2,7 |
3,9 |
|
4,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
СО2 |
0,1 |
|
0,29 |
3,1 |
4,2 |
|
3,5 |
СН4 |
0,2 |
|
0,25 |
4,0 |
5,2 |
|
5,9 |
Н2О |
0,87 |
|
0,91 |
4,1 |
5,9 |
|
6,6 |
36
Окончание табл. 5.3
|
|
|
Концентрация продуктов, % мас. |
|
|||
Продукты пиролиза |
|
от общего количества летучих при температуре, |
|
||||
|
300 |
|
400 |
500 |
600 |
|
700 |
|
|
|
|
|
|
|
|
СН2О |
0,06 |
|
0,44 |
1,0 |
1,1 |
|
0,8 |
Бензол |
1,0 |
|
2,0 |
5,3 |
9,9 |
|
17,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Толуол |
– |
|
0,3 |
2,3 |
2,0 |
|
4,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Фенол |
4,6 |
|
16,9 |
34,6 |
45,9 |
|
48,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Летучие, % мас. |
50,0 |
|
67,4 |
71,1 |
75 |
|
87,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимальный выход СО (670–700 мг/г) в продуктах термоокислительной деструкции ПФПв изотермическихусловияхнагревав пиролизезамкнутоготипанаблюдаетсяпритемпературе 525 , а СО2 (392–520 мг/г) — при 750 . При этом соотношение форполимера ФРВ-1А и продукта ВАГ-3 незначительно влияет на концентрацию СО и СО2 в продуктах пиролиза ПФП.
При пиролизе жестких ППУ при температуре 300–800 наряду с различными углеводородными фрагментами, низкомолекулярными гидроксилсодержащими соединениями и изоцианатами образуются CO, CO2 и HCN. При этом максимальное выделение CO2 наблюдается при 700 , а образование CO — при 800 . Высокая токсичность продуктов высокотемпературного пиролиза ППУ обусловлена значительной концентрацией HCN.
5.2.Пенополиуретаныипенополиизоцианураты
Среди пенопластов на основе реакционноспособных олигомеров широкое распространение получили жесткие заливочные и напыляемые ППУ и пенополиизоцианураты, обладающие высокими эксплуатационными свойствами. Ниже приведены основные эксплуатационные свойства жестких заливочных ППУ:
––плотность, кг/м3 — 30–80; ––разрушающее напряжение, МПа, при:
сжатии — 0,1–0,7; изгибе — 0,15–1;
растяжении — 0,1–0,6; ––водопоглощение, % в течение:
24 ч при полном погружении — 1–3;
7 ч при кипячении — 4–10; ––влагопоглощение, % — 0,05–0,3;
––коэффициент теплопроводности, Вт/(м· ) — 0,018–0,03; ––температура эксплуатации, — от –100 до +100; ––ППУ для тепловой изоляции труб — до +150; ––специальные марки ППУ — от –180 до +200.
Кроме того, технологические и физико-механические свойства ППУ можно варьировать в широких пределах за счет изменения количественного икачественного соотношения исходных компонентов, а также получать напыляемые ППУ плотностью от 40 до 200 кг/м3.
В России производством заливочных ППУ занимаются компании ЗАО «Химтраст»,
ОООНВП«Владипур»,ООО«ТеплоГидроМонтаж»идругиепредприятия.Так,например,компанияЗАО«Химтраст»длятепловойизоляциитрубопроводовпредлагаетиспользоватьППУ марок «Химтраст СКТ-40», «Химтраст СКТ-40/55», «Химтраст СКТ-90ППМ» и «Химтраст СКС-40/141» (131), а для производства панелей — применять ППУ марки «Химтраст СКТП40»(табл.5.4).Дляутеплениямежстеновогопространстварекомендуютприменятьпенополиуретаны марок «Химтраст СКЗ-20», «Химтраст СКЗ-30».
37
Таблица 5.4
Основные физико-механические свойства заливочных жестких ППУ марок Химтраст
|
|
Марка заливочных пенополиуретанов |
|
||||
Показатели |
|
|
|
|
|
|
|
«Химтраст |
«Химтраст |
«Химтраст |
«Химтраст |
«Химтраст |
«Химтраст |
||
|
|||||||
|
СКТ-40» |
СКТ-40/55» |
СКЗ-20» |
СКЗ-30» |
СКС-40/141» |
СКТП-40» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность, кг/м3 |
62 |
85 |
20–30 |
35–40 |
60 |
55 |
|
Прочность при сжатии, |
450 |
640 |
120 |
180 |
410 |
350–400 |
|
кПа, не менее |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Водопоглощение |
– |
– |
не более |
не более 5 |
– |
не более 5 |
|
через 7 суток, % |
|
|
10–15 |
|
|
|
|
Теплопроводность |
0,029 |
0,029 |
0,03 |
0,023 |
– |
0,023–0,029 |
|
при средней температуре |
|||||||
50 , Вт/(м· ) |
|
|
|
|
|
|
|
Содержание закрытых |
– |
– |
60–70 |
92 |
9 |
– |
|
ячеек, % |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Для производства различных теплоизоляционных изделий (плиты, скорлупы) компании ООО НВП «Владипур» и ООО «ТеплоГидроМонтаж» (Россия) предлагают использовать заливочные ППУ марок «Владипур 3017/25», «Владипур 3017/1-45», «Владипур 3017-1-П» или «Эластопор Н 2110/18» плотностью 45–65 кг/м3 (табл. 5.5). Для изоляции стальных труб методом «труба в форме» или «труба в трубе» рекомендуют использовать ППУ марок «Владипур 345», «Эластопор Н2110/3», «Эластопор Н2110/80», «Эластопор Н2110/15», а для производства сэндвич-элементов с различными покрывными слоями — заливочные ППУ марок «Эластопор Н1221/104», «Эластопор Н1221/106» плотностью 30 и 39 кг/м3 соответственно.
Таблица 5.5
Физико-механические свойства заливочных жестких ППУ марок «Владипур» и «Эластопор Н»
|
Марка заливочных пенополиуретанов |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Показатели |
Владипур« -3017/145» |
Владипур« 3017/1-П» |
Владипур« 345» |
ЭластопорН 1221/104» |
ЭластопорН 2100/80» |
ЭластопорН 1210/18» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
« |
« |
« |
|
|
|
|
|
|
|
Плотность, кг/м3 |
45 |
60 |
60 |
30 |
60 |
65 |
Прочность при сжатии, кПа, не менее |
170 |
200 |
300 |
180 |
850 |
450 |
|
|
|
|
|
|
|
Теплопроводность при температуре 23 , Вт/(м· ) |
≤0,028 |
≤0,028 |
≤0,025 |
≤0,023 |
≤0,027 |
≤0,037 |
|
|
|
|
|
|
|
Содержание закрытых ячеек, % |
– |
90 |
92 |
90 |
96 |
92 |
|
|
|
|
|
|
|
Следует отметить, что жесткий ППУ и экструдированный ППС незначительно изменяют свои теплоизоляционные характеристики при одновременном воздействии влаги и повышенныхтемператур(табл.5.6).Аналогичнымобразомпроявляетсебяибазальтоволокнистый утеплитель сводооталкивающей пропиткой, ау блочного ППС существенно возрастает коэффициент теплопроводности.
38
|
|
|
Таблица 5.6 |
|
Теплопроводность теплоизоляционных материалов |
|
|||
|
|
|
|
|
|
Плотность, |
Коэффициент теплопроводности, |
||
Теплоизоляционный материал |
Вт/(м· ) |
|||
кг/м3 |
|
|
||
исходный |
после старения |
|||
|
|
|||
|
|
|
|
|
Минеральный утеплитель плитный ГОСТ 9573-96 |
60,5 |
0,0361 |
0,0448 |
|
|
|
|
|
|
Пенополистирол блочный вспененный (ПСБ-С) |
22,5 |
0,0351 |
0,0428 |
|
|
|
|
|
|
Экструдированный пенополистирол |
35 |
0,027 |
0,0278 |
|
|
|
|
|
|
ППУ для сэндвич-панелей, производство ФРГ |
42 |
0,0228 |
0,0231 |
|
(газообразователь — дихлорфторэтан) |
||||
|
|
|
||
ППУ напыленный (газообразователь — дихлор |
54,3 |
0,0241 |
0,0256 |
|
фторэтан) |
||||
|
|
|
||
ППУ плиточный (вспениватель пентан) |
35,6 |
0,0205 |
0,0216 |
|
|
|
|
|
|
Высокое содержание закрытых ячеек в жестких ППУ, наличие на поверхности формованного пенопласта плотной корочки иразличных облицовочных материалов, атакже низкая величина радиационной составляющей, зависящей в основном от размера ячеек, способствуют относительно небольшим изменениям теплоизоляционных свойств ППУ. Общепризнанным является факт, что при старении ППУ коэффициент теплопроводности медленно возрастает в течение 6–7 лет, а затем изменения становятся несущественными. При этом для изделий с газонепроницаемым слоем на поверхности ППУ (сэндвич-панели, холодильники) повышение коэффициента теплопроводности происходит в среднем на величину 0,002 Вт/(м· ), а для ППУ с газопроницаемыми облицовками (плиты, напыленный пенопласт) — на 0,006 Вт/(м· ). Следует отметить, что наиболее существенные изменения теплопроводности ППУ наблюдаются в первый год эксплуатации материала и обусловлены заменой углекислого газа, образовавшегося в ячейках пенопласта в результате реакции изоцианатных групп с водой (вода выступает дополнительным источником вспенивающего агента), на воздух. Основной газообразователь крайне медленно замещается воздухом, в течение длительного периода сохраняясь в ячейках пенопласта. За рубежом описано много практических результатов, свидетельствующих о сохранении большинства физико-механических характеристик ППУ на реальных объектах в течение 25–40 лет их эксплуатации в составе труб, сэндвич-панелей, плиточных утеплителей и напыленной теплоизоляции.
Пенополиуретаны представляют собой вспененные продукты взаимодействия смеси полиолов (гидроксилсодержащих олигоэфиров) с целевыми добавками (компонент А) и диили полиизоцианата (компонент Б) ППУ могут быть получены из биополиолов, синтезированных из различных видов растительного сырья (касторового, соевого, рапсового или подсолнечного масла). Для их ППУ характерна биодеструкция, однако они мало распространены в промышленности из-за высокой стоимости сырья. Вспенивание полиуретанов происходит как за счет взаимодействия компонента Б (полиизоцианатов) с водой с выделением СО2 (химическое вспенивание), так и при дополнительном введении в компонент А хладонов (CHCIF2, CCI3F, CCIF3 и т.д.), изопентана, бутанола или циклоалканов (преимущественно циклопентана и циклогексана), которые испаряются за счет тепла, выделяемого при химическом взаимодействии компонентов А и Б. В качестве целевых добавок, вводимых в состав компонента А, используют катализаторы, пенорегуляторы, стабилизаторы, красители и антипирены. В состав компонента Б вводят катализаторы и активаторы. В зависимости от соотношения и строения исходных компонентов, а также скорости химических реакций при синтезе ППУ получают пенопласты с различной твердостью (жесткостью) и степенью открытости ячеек.
39
Различают следующие основные виды ППУ:
––эластичный (мягкий) ППУ (поролон), обладающий открыто пористой структурой, низкой плотностью (8–20 кг/м3), паропроницаемостью и высокими звукоизоляционными характеристиками. Поролон применяют преимущественно в мебельной и автомобильной промышленности, а также при теплоизоляции окон и стен;
––полужесткий (открытоячеистый) ППУ по своим физико-механическим характеристикам практически аналогичен мягкому ППУ, но отличается от него более высокой жесткостью. Следует отметить, что из-за отсутствия четкой градации между полужестким и мягким ППУ все открытоячеистые ППУ относят к эластичным пенопластам. Полужесткий ППУ применя- ютдлятепловойизоляциидеревянныхкаркасныхстроенийприобязательнойпаро-игидрои- золяции. Его используют для устройства звукоизоляции помещений. Из-за низкой прочности и высокого водопоглощения данный вид ППУ не применяют при наружных работах и в местах возможного контакта с водой. Существует и специализированная разновидность данного вида ППУ, обладающего закрытоячеистой структурой, но из-за высокой стоимости его используют только в авиа- и аэрокосмической технике;
––жесткий ППУ (PUR), обладает закрытоячеистой структурой со средней плотностью 20–75 кг/м3, приемлемой прочностью, низкими паропроницаемостью и водопоглощением. Жесткий ППУ применяют в строительной технике в качестве эффективной тепловой изоляции, используют для теплоизоляции транспортных средств, в качестве упаковочного материала и в производстве конструкционно-декоративных изделий, при производстве мебели, лодок и понтонов, формированных изделий в автомобиле-, вагоно- и авиастроении;
––монтажная пена представляет собой однокомпонентные или двухкомпонентные композиции, предназначенные для нанесения методом напыления или заливки сполучением пенопласта плотностью менее 20кг/м3. Однокомпонентные полиуретаны представляют собой форполимер, содержащий газообразователь (пропеллент — смесь сжиженных газов: бутан, изобутан, пропан), который при контакте с воздухом образует пенопласт смешанной структуры, содержащей закрытые иоткрытые ячейки. Однокомпонентные монтажные пены ваэрозольной упаковке должны соответствовать требованиям ГОСТР59599-2021. Монтажные пены используют для заполненияшвовмонтажныхузловпримыканийсветопрозрачныхконструкцийидверныхпроемов,зазоровщелейипустотвзданияхисооружениях,длясоздания(формирования)теплоизоляционного слоя на поверхности строительных конструкций иизделий или вкачестве клея при склеивании строительных деталей и изделий. Полиуретановые монтажные пены используют при температуре от –20 до +35 . Они должны отвечать следующим показателям:
––плотность, кг/м3 — 12–20; ––прочность при сжатии при 10%-й деформации, МПа — не менее 0,02;
––относительное удлинение при разрыве, % — не более 10; ––прочность сцепления при отрыве, МПа — не менее 0,05; ––водопоглощение при частичном погружении, % об. — не более 2,5; ––коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙ ) — 0,040.
Двухкомпонентные полиуретановые композиции образуют закрытоячеистую структуру пенопласта, что позволяет их использовать при монтаже и утеплении зазоров между поверхностьюстеновогопроемаиплоскостямикоробококонныхидверныхблоков,уплотнения швов и стыков, заполнения пустот. ГОСТ 30971-2012 регламентирует требования к монтажным швам, минимальным размерам, подготовке поверхности монтажного зазора и производству работ по заполнению монтажных зазоров монтажной пеной.
Теплоизоляционные изделия из ППУ производят в виде листов (плит), блоков или рулонов из мягкого ППУ, различных формованных изделий, а полужесткий и жесткий ППУ наряду с монтажной пеной используют для строительной теплоизоляции. Жесткий ППУ применяют в производстве сэндвич-панелей, термопанелей и термобруса. Его также используют для производства фасонных изделий (скорлуп и сегментов), в качестве сердечника для вакуумных теплоизоляционных панелей и для производства преди-
40
