39. Теплоизоляционные материалы из полимеров. Свойства, применение. Достоинства и недостатки.

Производство полимерных теплоизоляционных материалов в  освоено сравнительно недавно. В значительном объеме эти материалы стали выпускать лишь в течение последних одного-двух десятилетий. В настоящее время производство их расширяется быстрыми темпами и является высокоперспективным.

Теплоизоляционные материалы, основную массу которых составляют полимеры, часто называют газонаполненными пластмассами.

ιΠο характеру структуры эти материалы подразделяют на пенопласты, поропласты и сотопласты. Пенопласты—материалы, имеющие ячеистое строение с несообщающимися, замкнутыми порами. Поропласты имеют сообщающиеся поры. Такое деление весьма условно, так как материал одновременно может иметь как сообщающиеся, так и замкнутые ячейки. Сотопласты—газонаполненные пластмассы с регулярно повторяющимися полостями правильной геометрической формы.

Для производства газонаполненных пластмасс применяют термопластичные и термореактивные полимеры, вспененные химическим или физическим способами.

При химическом способе поризации газообразователь, введенный в полимер, либо разлагается при нагревании, либо взаимодействует с компонентами композиции с выделением газообразных продуктов, вспенивающих полимер.

Физический способ основан" на механическом диспергировании воздуха в среде полимера с одновременным или последующим отверждением последнего. К этому способу относят также метод вспенивания, основанный на повышенной растворимости некоторых жидкостей или газов в полимере при повышенных температуре и давлении. При снижении этих параметров растворенные жидкость или газ начинают интенсивно выделяться, вспенивая полимер. Сотопласты получают формованием исходного материала без вспенивания, поры создают специальными пустотообразователями.

Применяют газонаполненные пластмассы для тепловой и холодильной изоляции в промышленном и гражданском строительстве, в вагоно-, самолето — и кораблестроении, в бытовых приборах и оборудовании и т.д. Для тепловой и холодильной изоляции промышленного оборудования и трубопроводов наибольшее распространение получили пено — полистирол, пенополивинилхлорид, мипора, пенополиуретан, фенолформальдегидный пенопласт. Теплоизоляционные изделия из этих материалов выпускают в виде плит, блоков и скорлуп.

Основным недостатком органических теплоизоляционных материалов является их горючесть.

Горючесть большинства пенопластов можно значительно снизить. Основными приемами снижения возгораемости этих материалов, как и полимеров вообще, являются:

введение минеральных тонкомолотых добавок или волокнистых материалов, снижающих горючесть изделий в целом;

введение веществ, разлагающихся при нагревании с выделением продуктов, препятствующих горению, например с выделением углекислого газа, фосфорных соединений и т. д.

Поскольку температуроустойчивость газонаполненных пластмасс зависит от температуроустойчивости смолы (наполнитель в большинстве случаев имеет более высокую температуроустойчивость), максимальная температура применения термопластов, материалов на основе термопластичных смол, как правило, ниже температуры применения реактопластов (материалов на основе термореактивных смол).

Газонаполненные пластмассы (пенопласт) — сверхлегкие пластические материалы, получаемые на основе различных синтетических полимеров. Напоминают структуру застывшей пены. Наполнитель таких материалов — газ.

Газонаполненные пластмассы характеризуются высокой тепло-, звуко- и электроизолирующей способностью. Химические и механические свойства газонаполненных пластмасс и их теплостойкость в значительной степени определяются свойствами исходных полимеров, а изоляционные характеристики — особенностями физического строения. Газонаполненные пластмассы могут быть получены из всех известных в настоящее время полимеров.

Газонаполненные пластмассы применяют в качестве легких заполнителей элементов силовых конструкций и демпфирующих материалов в авиастроении, автомобилестроении, как элементы радио- и электронной аппаратуры, в мебельной промышленности, при строительстве жилых домов и др.

В частности поролон — мягкий упругий поропласт на основе пенополиуретана. Название «поролон» происходит от названия торговой марки «Поролон» В современных спасательных жилетах используют пенопласт (пенополистирол) вместо натуральной пробки.

Поропласты называют также пенопластами, имея в виду процесс их изготовления путем вспенивания и последующего отверждения основного материала. Некоторые исследователи считают, что пенопласты следует отличать от поролластов по структуре (у пено-пластов поры замкнутые, не сообщающиеся между собой, а у поропластов—сообщающиеся). Однако это справедливо для идеальных условий; реальные материалы редко имеют однотипную структуру: ячейки пенопластов в значительной части не замкнуты, а поропласты, наоборот, имеют большое количество несообщающихся замкнутых ячеек1. В СНиП I-B.26-62 применен термин «поропласты» независимо от способа их изготовления.

Поропласты — легкие газонаполненные полимерные материалы, представляющие собой двухфазную систему: твердую или упруго-эластичную фазу — собственно полимер и газообразную фазу — наполнитель.

Широкому применению порополистирола в строительстве способствует простота его обработки и хорошая адгезия. Плиты из порополистирола легко пилятся, хорошо приклеиваются цементным раствором, а также синтетическими и битумными мастиками, не подвержены гниению. Недостатком, снижающим сферу применения порополистирола в строительстве, является его горючесть.

Сотопласты — особый вид теплоизоляционного материала из пластических масс, имеющих полости (ячейки) правильной геометрической формы, обычно в виде пчелиных сот (шестигранников) с размером сторон 5—10 мм, иногда до 20 мм. Сотопласты могут изготовляться из бумаги, хлопчатобумажной ткани, стеклоткани, алюминиевой фольги или других материалов, пропитанных и склеенных синтетическими смолами-наполнителями. Наиболее дешевым и перспективным материалом для сотопластов в стеновых элементах является крафт-бумага. Сотопласты из ткани применяются для элементов, требующих большой прочности.

При изготовлении сотопластов применяются фенольные, карбамидные, эпоксидные и другие смолы. Наиболее прочные сотопласты получаются из фенольных и эпокоидных смол, но первые хрупки и горючи, а вторые дороги, поэтому в настоящее время наибольшее применение имеют сотопласты из карбамидных смол. По стандарту некоторых американских фирм содержание смолы в сотах из крафт-бу-маги составляет 18% [Л. 12].

Объемный вес сотопластов из различных материалов колеблется в пределах от 10 до 200 кг/м3 (чаще от 50 до 120 кг/м3).

Сотопласты при малом объемном весе имеют значительную прочность при сжатии и высокий модуль упругости при сдвиге. Они обладают хорошими звукопоглощающими свойствами. При повышенной влажности воздуха (порядка 90%) прочность сотопластов уменьшается. Как показали испытания ЦНИИСК, коэффициент длительного сопротивления сотопластов невелик   (порядка   0,25-—0,35), что ошибочно иногда не учитывается в расчетах.

В табл. 7-5 приведены характеристики со-топластов из различных материалов [Л. 3, 37].

Сотопласты находят применение в качестве основы для изготовления высокопрочных и легких трехслойных ограждающих конструкций, которые состоят из наружных листов конструкционного материала (металл, фанера, древесно-стружечная или древесно-волок-нистая плита, стеклопластик и др.) и внутреннего слоя [Л. 11]. В целях повышения теплоизоляционных качеств внутренний слой может быть заполнен крошкой из какого-либо теплоизоляционного материала (миноры и др.) [Л. 10].