ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Виды и свойства газонаполненных пластмасс

Полимерные теплоизоляционные материалы по характеру по­ристости разделяют на ячеистые или пенистые пластмассы (пено - пласты), характеризующиеся преимущественно замкнутыми пора­ми ячеистого строения; пористые пластмассы (поропласты), порис­тая структура которых сложена в виде системы сообщающихся ячеек или полостей; сотовые пластмассы (сотопласты), пористость которых представлена геометрически правильными пустотами (со­тами), получаемыми целенаправленной переработкой исходного пластического материала без его вспенивания.

Деление газонаполненных пластмасс на пено - и поропласты условно, так как во многих случаях ячеистая и сообщающаяся по­ристость образуется одновременно в едином процессе поризации.

В зависимости от значений модуля упругости полимерные теп­лоизоляционные материалы разделяют на жесткие, полужесткие и эластичные. К жестким материалам, наиболее широко использу­емым для строительной теплоизоляции, относят газонаполненные пластмассы, имеющие прочность при сжатии (при 10%-ной дефор­мации) более 0,15 МПа, эластичные - менее 0.01 ЛГ1а Полужест­кие материалы характеризуются промежуточными показателями прочности.

Газонаполненные пластмассы классифицируют также по приро­де и химическому строению полимеров, составляющих основу мате­риала, технологии, функциональному назначению

В зависимости от вида полимера пенопласты подразделяют на термопластичные, получаемые на основе полимеров с линейными и разветвленными молекулами (пенополистирол, пенополивинилхло - рид, пенополипропилен и др.); термореактивные, получаемые на ос­нове полимеров с пространственной структурой молекул (феноло- формальдегидные, мочевнноформальдегидные, ненасыщенные поли­эфиры, эпоксидные, полиуретановые, кремнийорганические, фура - новые).

Из термопластичных полимеров, размягчающихся при нагрева­нии, можно получать газонаполненные материалы самыми различ­ными способами. Выбор того или иного способа н технологические параметры получения вспененных материалов зависят в основном от температуры размягчения исходного полимера.

Более сложно получение газонаполненных пластмасс нз термо­реактивных полимеров или продуктов частичной поликонденсации. Для получения высококачественных пористых материалов в этом случае необходимо проводить процесс вспенивания на той стадии, когда в полимере образовалось еще сравнительно мало поперечных межмолекулярных связен, т. е. когда полимер не потерял еще спо­собности к размягчению и течению при соответствующих темпера­турах и давлениях. Отверждение, т. е. процесс образования трех­мерной структуры, должно проходить уже во вспененном поли­мере.

По способу получения газонаполненные пластмассы подразде­ляют на две большие группы: прессовые, изготовляемые в услови­ях обжатия (давлении) извне, и беспрессовые, получаемые без воздействия внешнего давления. В свою очередь, беспрессовые

".г.* пенопласты по технологическим признакам можно подразделить на следующие группы: а) заливочные пенопласты. получаемые вспениваем жидких исходных композиции газами, выделяющи­мися из массы; б) пенопласты, получаемые вспениванием водных растворов, эмульсий или суспензий полимеров путем механическо­го диспергирования газов и последующего отверждения компози­ции; в) пенопласты, получаемые путем омоноличивания (спека­ния) предварительно вспененного гранулированного полимера (например, пеиополистирола); г) пенопласты, образующиеся при вспенивании твердых смоляных композиций с помощью газообразо - вателей (например, пенопласты на основе твердых новолачных фе - нолоформальдегидных смол).

Газонаполненные пластмассы, получаемые в условиях обжатия (давления), также подразделяют на несколько групп: а) пеноплас­ты, получаемые путем прессования смеси полимера с газообразова - телем при повышенной температуре с последующим вспениванием размягченной композиции в пресс-форме или впе пресса (прессовый способ); б) пенопласты, получаемые выдавливанием через нагретое сопло или щель размягченного полимера, насыщенного под давлени­ем газами, газообразными продуктами разложения порофоров или парами низкокипящих жидкостей (экструзионный способ); в) пено­пласты, получаемые впрыскиванием под давлением в холодную форму размягченной полимерной композиции, насыщенной газами или низкокипящими растворителями (литье под давлением); г) пе­нопласты, получаемые путем насыщения полимерной размягченной композиции газами или низкокипящими растворителями под давле­нием с последующим вспениванием массы при снижении давления среды (автоклавный способ). Эти методы применяют для получения изделий из газонаполненных пластмасс при использовании термо­пластичных полимеров, изменяющих многократно свои реологиче­ские свойства в зависимости от температуры нагрева.

По функциональному назначению пенопласты делят на тепло­изоляционные, используемые в виде плит и скорлуп в холодильной технике, для изоляции химической аппаратуры, изотермических ва­гонов, в кровельных и стеновых конструкциях зданий; конструкци­онно-теплоизоляционные, используемые в виде ограждающих конст­рукций, в том числе в слоистых конструкциях в качестве монтаж­ной теплоизоляции трубопроводов. Особенно эффективны слоистые конструкции: они легки, технологичны, обладают необходимыми прочностью и жесткостью. Применение слоистых конструкций в строительстве помогает разрешить издавна существующее противо­речие между несущей способностью конструкции и ее теплотехни­ческими свойствами.

В последние 10... 15 лет в практике строительства находят все более широкое распространение композиционные пенопласты, в со­став которых входят различные зернистые минеральные пористые заполнители. Эти материалы выделены в отдельную группу —на­полненных пенопластов.

Специфические особенности газонаполненных пластмасс опреде­ляют техническую направленность и экономическую эффективность их применения в различных отраслях промышленности. Благодаря низкой средней плотности, высоким теплоизоляционным свойствам, повышенной удельной прочности, а также ряду ценных технологиче­ских и эксплуатационных свойств пенопласты не имеют аналогов среди традиционных строительных материалов.

Однако большинству газонаполненных пластмасс свойственны определенные недостатки, существенно ограничивающие возмож­ности пх применения. К этим недостаткам прежде всего следует от­нести пониженные огнестойкость, теплостойкость и температуро- стойкость. Кроме того, высокая себестоимость и ограниченность сырьевой базы обусловливают экономическую целесообразность применения пенопластов в основном для высокоэффективной тепло­изоляции: в легких кровельных конструкциях; легких стеновых па­нелях п монтажной теплоизоляции трубопроводов.

Основные свойства газонаполненных пласт­масс определяются главным образом видом полимерных компо­зиций.

Пористость и средняя плотность пенопластов определяются прежде всего относительным содержанием в них полимерной и га­зовой фаз, видом полимера и характером пористой структуры: гео­метрической формой и размерами пор, соотношением замкнутой и сообщающейся пористости. Пенопласты, выпускаемые промышлен­ностью, характеризуются полифракционным распределением пор по размерам. Такие характеристики пористой структуры, как форма и размер пор, толщина полимерных пленок (межпоровых перегоро­док), колеблются в объеме материала в широких пределах. Эти ко­лебания носят как закономерный, обусловленный составом компо­зиции и параметрами технологии, так и случайный характер. В табл. 13.1 приведены характерные параметры ячеистой структуры некоторых наиболее широко распространенных пенопластов.

Таблица 13.1. Характеристики пористой структуры пенопластов

Полимер

Плотность полимера.

Г/см-'

Средняя плотность пенопласта. кг/м3

СредннП диа­метр нор, мм

Толщина межпоровых перегородок, мкм

Полистирол

Поливиннлхлорнд

Полиуретан

Фенолоформалщегндная смола

1,03 1,38 1,2

1,2... 1,3

16 ... 25 50... 220 50... 200 20 ... 200

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

Наиболее равномерной мелкоячеистой структурой характеризу­ются пенопласты на основе термопластичных полимеров, получае­мые по прессовой технологии. В лом случае регулярность пористой структуры достигается главным образом за счет применения пред­варительного механического диспергирования и гомогенизации ис­ходных компонентов.

Наиболее мелкодисперсная и равномерная структура образуется у полиуретановых и полиэпоксидных пенопластов. Для фенольных же пенопластов характерна вытянутость пор в направлении вспени­вания, что предопределяет анизотропию их свойств, причем вытя­нутость пор увеличивается по мере снижения средней плотности пенопластов.

Структурообразование пенопластов весьма чувствительно к из­менению технологических параметров и рецептур исходных компо­зиций. Характер структуры пенопластов может существенно менять­ся прй незначительных изменениях технологических режимов или составов исходных композиций. Эти особенности эффективно ис­пользуют для направленного регулирования структуры. Особенно эффективно применение поверхностно-активных веществ, введение которых в состав исходной композиции позволяет влиять не только на размеры образующихся пор, но и на степень их замкнутости и получать изделия с преимущественно замкнутой или сообщающейся пористостью.

Средняя плотность пенопластов зависит как от вида исходного полимера, так и от количества введенного в него газообразователя или вспенивающего агента. Однако для каждого вида полимера существует свой предел увеличения газообразующих (вспениваю­щих) добавок, превышение которого не приводит к возрастанию общей пористости. Обычно средняя плотность пенопластов колеб­лется по высоте и объему изделия. Степень разноплотности изделий главным образом зависит от способа получения пенопласта и усло­вий порообразования. Наиболее заметно она проявляется в пено - пластах заливочного типа, так как условия структурообразования и перераспределения теплоты по объему вспенивающейся компози­ции в таких материалах существенно влияют на пористость. Напри­мер, при вспенивании фенолоформальдегидной композиции в замк­нутом объеме готовый пенопласт имеет поверхностную уплотненную пленку («пристенный слой»), тогда как при свободном вспенивании той же композиции средняя плотность по высоте изделия уменьша­ется. Причиной образования уплотненного поверхностного слоя яв­ляется нарушение теплового равновесия в процессе структурообра­зования пенопласта вследствие высокой теплопроводности материа­ла формы. Предварительный нагрев формы возволяет существенно уменьшить толщину уплотненного слоя.

Физико-механические свойства, т. е. поведение пенопластов при воздействии на них механических нагрузок, обусловлены характе­ристиками их пористой структуры и свойствами исходного полиме­ра, его природой. Мелкопористые пенопласты с преобладанием замкнутых пор отличаются большей механической прочностью, чем крупнопористые материалы и материалы с преимущественно сооб­щающимися порами, полученные из одного и того же исходного полимера (композиции). В условиях напряженного состояния у пе - нопластов наблюдаются резко выраженные отклонения как от свойств идеально упругих тел, для которых в соответствии с зако­ном Гука напряжение прямо пропорционально деформации и не за­висит от ее скорости, так и от свойств идеально вязких жидкостей, для которых напряжение прямо пропорционально скорости дефор­мации и не зависит от самой деформации. Для пенопластов харак­терны вязкая упругость и замедленное деформирование во времени. Поэтому рассмотрение вопросов разрушения пенопластов сводится к анализу н деформа гпвпостп. При сжатии в пенопласта* в боль­шинстве случаев отсутствует хрупкое разрушение и, следовательно, четко выраженная характеристика прочности. Поэтому показатель прочности определяют условно при заданной деформации материа­ла (при 2 или 10%-ной относительной деформации).

Наиболее высокими прочностными показателями обладают прес­совые полистирольные пенопласты и винильные пенопласты. Варьи­рование рецептур полиуретановых композиций в весьма широких пределах позволяет получать пенопласты этого вии с различными прочностными и упругими свойствами, соответствующими назначе­нию тех или иных изделий. Фенольные пенопласты характеризуются повышенной хрупкостью, что объясняется особенностями химиче­ского строения фенолоформальдегндных смол. Их макромолекулы, состоящие из фенольных ядер, связанных короткими малоподвиж­ными мостичными связями, имеют малую подвижность элементар­ных звеньев. Вязкость этих смол повышают путем совмещения их с нитрильными каучуками нлн пластифицирующими агентами. К хрупким пенопластам, характеризующимся невысокой прочно­стью, относятся мочевиноформальдегидные пенопласты.

Теплопроводность газонаполненных пластмасс — наиболее эф­фективных теплоизоляционных материалов — значительно ниже, чем других теплоизоляционных материалов и составляет 0,023... 0,045 Вт/(м-°С). Теплопроводность пенопластов зависит отряда факторов: средней плотностн, природы исходного полимера и в очень сильной степени от природы газа, заполняющего поры мате­риала. Для каждого вида пенопласта существуют оптимальные значения средней плотностн, отклонения от которых в ту или иную сторону приводят к повышению теплопроводности При чрезмерном снижении средней плотности неизбежно возрастает количество со­общающихся пор и, следовательно, увеличивается перенос теплоты конвекцией. Отклонение от оптимума в сторону увеличения средней плотностн приводит к снижению общей пористости н также к увели­чению теплопроводности материала. Природа исходного полимера (композиции) оказывает незначительное влияние на теплопровод­ность пенопласта при прочих равных условиях. Зато природа газа, заполняющего поры материала, оказывает очень существенное вли­яние на этот показатель. Например, теплопроводность пенополиуре­тана со средней плотностью 50 кг/м3, изготовленного путем вспени­вания трнфгортрнхлорэтапом (фреоном-113), составляет при 20°С 0,02 Вт/(м-°С), а для вспененного парами воды — 0,035 Вт/(м-°С),

Т. е. в 1,5 раза выше. Однако со временем в результате диффузии га­зов происходит замещение фреона воздухом и соответственно повы­шается теплопроводность материала. В частности, через два года эксплуатации теплопроводность пенополиуретана с замкнутыми по­рами возрастает на 20%. Это необходимо учитывать при расчете теплофизических характеристик конструкций при использовании такой изоляции.

Значительное влияние на теплопроводность пенопластов ока­зывает влажность. При этом в материалах с открытой сообщаю­щейся пористостью это влияние значительно выше, т. е. водопо­глощение и гигроскопичность пе­нопластов, являясь критерием их увлажняемости, влияют на изме­нение теплопроводности пено­пластов, служащих в условиях повышенной влажности. Харак­терно, что в материале с откры­той сообщающейся пористостью (рис. 13.1, кривая /) влияние влажности на теплопроводность выше, чем в материалах с замкну­той пористостью (кривые 2 и 3). Объясняется это тем, что вода за­полняет прежде всего мелкие по­ры, образуя тем самым мостики с повышенной теплопередачей.

Водопоглощение и гигроско­пичность пенопластов зависят от ряда факторов: химической приро­ды полимера, характера пористой структуры, средней плотности, особенностей технологии и продолжительности увлажнения. Повы­шенным водопоглощением обладают пенопласты с открытой сооб­щающейся пористостью (мочевиноформальдетидные, фенольные). После 24 ч пребывания в воде водопоглощение мочевиноформальде - гидных пенопластов достигает 1200% по массе. Водопоглощение заливочных пенопластов благодаря образованию на их поверхности тонкого плотного слоя несколько ниже. Полное водонасыщение на­ступает через 120 сут и составляет 80...90% по объему. У заливоч­ных полиуретановых и полнвинилхлоридных пенопластов, характе­ризующихся преобладанием замкнутой ячеистой пористости, водо­поглощение невысокое.

Сорбционная влажность пенопластов возрастает с уменьшением средней плотности и увеличением относительной влажности возду­ха. Процесс сорбции водяного пара происходит в такой последова­тельности: при малых значениях относительной влажности водяно­го пара (№ити<20%) на поверхности твердой фазы образуется мономолекуляриый слой адсорбционной воды; с повышением lF0Tn до 80% образуется полимолекулярнын слой сконденсировавшегося
пара, при IFoth>80% наблюдается резкое увеличение влажности материала вследствие интенсивного проникновения влаги в поры материала из-за капиллярной конденсации. В условиях повышен­ной влажности воздуха и при контакте с водой имеет место измене­ние механических свойств пенопластов. Прочность при сжатии термопластичных пенопластов снижается в результате увлажнения в течение 20 сут на 8... 18%, а фенольпых до 1,5...2 раз.

Теплостойкость и температура применения пенопластов при экс­плуатации в условиях повышенных температур определяет их фор - мостабильность. Условно за характеристику теплостойкости пено­пластов принимают температуру, при которой линейная усадочная деформация материала за 24 ч не превышает 1%. Технической ха - рактеристикой'теплостойкости является показатель рабочей темпе­ратуры, при которой материал продолжает еще сохранять свои эксплуатационные свойства, а усадочные деформации не превыша­ют заданных значений. Как правило, деформатнвность пенопластов при повышенных температурах изменяется в большей степени, чем прочность. При повышенных температурах под действием механи­ческих нагрузок возрастают эластические и пластические деформа­ции пенопластов. При этом характер влияния повышенных темпера­тур иа деформируемость и механические свойства пенопластов главным образом зависит от природы полимерной основы. Пено­пласты на основе термореактивных смол обладают более стабиль­ными механическими свойствами; при кратковременных воздейст­виях нагрузки они формостабильны до температур, близких к их термической деструкции (180...200°С). Наиболее теплостойки мо - чевиноформальдегидные пенопласты (температура эксплуатации до 200°С); у фенольных пенопластов — до 150°С; у пенополиурета­нов— 90...120°С. Высокой стабильностью механических характери­стик при продолжительном воздействии повышенных температур (250°С) характеризуются кремнийорганические пенопласты.

У пенопластов на основе термопластичных смол интенсивно снижаются механические свойства вблизи температуры стеклова­ния. Поэтому их можно применять в качестве конструкционных материалов при температуре не выше 75°С. При более высоких температурах существенно увеличиваются их эластические свойст­ва. Например, механические характеристики полпстнрольпых пе­нопластов при температуре 60°С снижаются до 30...40%. При отри­цательных же температурах механические характеристики термо­пластичных пенопластов повышаются иа 20...30% из-за повышения хрупкости полимеров.

Горючесть пенопластов зависит от вида каркасообразующего полимера. В связи с этим пенопласты различно реагируют на воз­действие огня: одни поддерживают горение, другие после удаления пламени тлеют и затухают, третьи не горят, но плавятся. Напри­мер, нолпстпрольпие пенопласты легко іагорлміси п полностью сгорают со 1Н.1Ч и і сл мі ы м чымопы челением В настоящее время промышленность выпускает самозатухающне полпетпрольпые нс - нопласты, в состав которых введены антипирены. Для возгорания их требуется более длительное воздействие огня. Поливинилхлорид - ные пенопласты при вынесении из пламени тлеют, а затем затуха­ют. Пенополиуретаны, наоборот, горят с выделением токсичных продуктов горения. В настоящее время разработано большое коли­чество антипиренов (органические галоид и фосфорсодержащие сое­динения, аммонийные соли различных кислот и т. д.), включение которых в рецептуры полимерных композиций снижает опасность возгорания пенопластов и способствует их самозатуханию.

Эксплуатационная стойкость теплоизоляционных материалов в строительных конструкциях определяется типом конструкций и кли­матическими условиями района строительства. Основными агрес­сивными факторами для утеплителей ограждающих конструкций являются длительное воздействие повышенных температур, влаж­ность окружающей среды, число переходов через 0°С (циклы замо­раживания и оттаивания). При длительном воздействии повышен­ных температур, кислорода воздуха, света и т. д. в полимерах про­текают различные физические (термическая, механическая, фотохимическая деструкция) и химические процессы, которые мо­гут привести к существенному ухудшению свойств пеноматериалов в связи с уменьшением молекулярной массы полимеров, образова­нием свободных радикалов и уменьшением длины цепей макромо­лекул.

Наиболее важным фактором, определяющим длительную тер­мостойкость полимеров, является величина энергии связи между атомами в главной цепи. Одна из наиболее устойчивых к термиче­ским воздействиям углерод — углеродная связь (С—С), на проч­ность которой влияют степень разветвленности полимеров и нали­чие заместителей в макромолекуле. Разветвленные полимеры всегда менее термостойки, чем неразветвленные. Этим объясняется, например, более низкая термостойкость поливинилхлоридных пено­пластов Термостойкость пенопластов можно повысить, варьируя рецептуры композиций, регулируя плотность сшивки полимера из­менением числа поперечных связей.

Перспективным направлением переработки полимеров являет­ся их стабилизация — сохранение исходных свойств полимеров при различных воздействиях. Это может быть достигнуто введением в композицию стабилизаторов, предотвращающих старение полиме­ров в условиях эксплуатации. Вследствие многообразия процессов, протекающих при разрушении полимеров, стабилизация различных полимеров не может быть реализована единым приемом. Для каж­дого полимера должны применяться свои стабилизаторы. Но так как все реакции распада являются цепными, то для их замедления могут быть использованы три общих метода: подавление цепных реакций, развивающихся в процессе термоокнслнтельного распада; со oiaimeслпппі"і, при которых образующиеся вещества препятству­ют более глубокому разложению полимера; создание условий, прн которых распад протекает обратимо.

Попеременное увлажнение и высушивание наиболее интенсивно снижает прочностные и упругие свойства пенопластов — до 40% в зависимости от вида полимерной основы. Циклическое заморажнва - ние и оттаивание также негативно влияет на механические показа­тели пенопластов. В зависимости от вида полимера после 25 циклов испытаний прочность при сжатии снижается на 10...25 %.

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Утеплить дом. Сроки и примерная стоимость

Заканчивая ремонт дома или обнаружив, что большая теплопотеря является следствием прохудившихся стен, мы задумываемся о том, как утеплить дом. Хочется отметить, что это не так сложно, как кажется на первый …

Теплоизоляция внешних стен по доступным ценам

Каждый год в мире строится все больше и больше жилых домов. Новые технологии позволяют сделать нашу жизнь легче и комфортней. Но еще больше существует старых домов, которые нуждаются в ремонте. …

Формирование оптимальной пористой структуры Акустических материалов и изделий

Так же как для теплоизоляционных материалов, вид пористой структуры и характеристика пористости являются определяющими показателями качества для акустических материалов. Их функциональные и строительно-эксплуатационные свойства тесно связаны с видом скелетообразующего материала …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.