Утепление пенополиуретаном

06.05.2014
Утепление пенополиуретаном

Оставить заявку

          ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ПЕНОПОЛИУРЕТАН (ппу)

Благодаря широкому спектру полезных и уникальных свойств полиуретан признан во всем мире полимером № 1

Сравнительные технические характеристики ппу с другими теплоизоляторами.

Теплоизолятор

Степень плотности (кг/м.куб)

Коэф. тепло-проводности (Вт/м*К)

Пористость

Срок эксплуатации (лет)

Диапазон рабочих температур

Пенополиуретан

40-200

0,025

закрытая

30-50

-200..+180

Минеральная вата

55-150

0,052-0,058

открытая

5

-40..+120

Пробковая плита

220-240

0,050-0,060

закрытая

3

-30..+90

Пенобетон

250-400

0,145-0,160

открытая

10

-30..+120

Пенопласт

30-60

0, 040-0,050

закрытая

5-7

-50..+110

Сравнительный анализ технико-экономической эффективности при использовании пенополиуретана и традиционной минеральной ваты:

Показатели

Пенополиуретан

Мин.вата

Коэффициент теплопроводности

0,02-0,03

0,05-0,07

Толщина покрытия

35-70 мм

120-220 мм

Эффективный срок службы

25-30 лет

5 лет

Производство работ

Круглогодично

Теплое время года, сухая погода

Влага, агрессивные среды

Устойчив

Теплоизоляционные свойства теряются, восстановлению не подлежит

Экологическая чистота

Безопасен! Разрешено применение в жилых зданиях

Аллерген

Фактические тепловые потери

В 1,7 раза ниже нормативных

Превышение нормативных после 12 месяцев эксплуатации.

Описание.

Пенополиуретан является неплавкой термореактивной пластмассой с ярко выраженной ячеистой структурой. Только 3% от объема пенополиуретана занимает твердый материал, образующий каркас из ребер и стенок. Эта кристаллическая структура придает материалу механическую прочность. Остальные 97% объема занимают полости и поры, заполненные газом фторхлорметаном с чрезвычайно низкой теплопроводностью, причем доля замкнутых пор достигает 90-95%.

Применения пенополиуретана.

Впервые разработкой полимерных материалов полиуретанов занялись ученые Германии в 1935 году, а в 1937 году Отто Байером был получен первый жесткий полиуретановый пенопласт. Промышленное производство пенополиуретанов на основе сложных полиэфиров было организовано в Германии в 1944 году, а их аналогов на основе более дешевых простых полиэфиров — в США в 1957 году. С 1955 года в Европе началось массовое производство эластичных ппу.

Пенополиуретан обладает уникальным свойством предотвращения распространения огня: он плавится только в зоне открытого воздействия пламени. Именно эта способность пенополиуретана стала причиной широкого применения данного материала в 50-х годах XX столетия в сфере ВПК развитых стран. Разветвленная ячеистая структура пенополиуретана использовалась в военной авиационной промышленности для облегчения конструкций и защиты топливных систем боевых самолетов от возгорания и взрыва при их поражении.

Сегодня пенополиуретан активно используется в танках, БТР, БМП, где под броней располагают защитный слой ппу. Это позволяет наиболее эффективным способом защитить экипаж как от морозов, так и от зноя. Одновременно пенополиуретан служит в качестве пассивной защиты от воздействия зажигательных снарядов. Изоляция оплавится в месте поражения, но распространения огня по плоскости не произойдет.

Резкое повышение цен на нефть в 1974 и 1976 гг. и последовавший за этим энергетический кризис заставил европейские страны и США разработать национальные энергетические программы, стимулирующие рациональное использование энергоресурсов в большинстве областей деятельности. Наряду с развитием традиционных и альтернативных источников энергии на первый план были поставлены меры по экономии энергоресурсов.

С этого времени в США и Западной Европе широкое применение получают системы теплоизоляции трубопроводов пенополиуретаном конструкции «труба в трубе». Данная теплоизоляция на почти 40-летнем опыте применения на трубопроводах теплоснабжения и ГВС, магистральных нефтегазопроводов, конденсатопроводов и иных системах доказала свою экономическую и технологическую эффективность. Долговечность пенополиуретана оценивается в 25 — 30 лет. На практике же в Германии, США, Канаде, Швеции, Японии специалисты разбирают конструкции стен, крыш, фундаментов, срезают образцы пенополиуретана с труб, залитых в 70-х годах прошлого века, и корректно формулируют — «свойства не изменились». Так, в научно-исследовательском институте теплоизоляционных материалов (Мюнхен, ФРГ) подвергли испытаниям три кровельные конструкции, утепленные жестким пенополиуретаном (слой утеплителя составлял на одной конструкции 60 мм и 30 мм на двух других, кажущаяся плотность пенополиуретана 30-35 кг/м3). Как следует из данных этих испытаний, после 10-летней эксплуатации ни теплопроводность, ни влагосодержание пенопластов практически не увеличились.

Теплоизоляционные свойства пенополиуретана.

Основными причинами тепловых потерь в теплосетях и последующего их выхода из строя являются увлажнение, быстрое старение и разрушение практически всех применявшихся ранее теплоизоляционных материалов и как следствие, наружная коррозия и разрушение труб. Применение предизолированных пенополиуретаном труб позволяет резко снизить данные негативные факторы и в значительной степени решить вопрос эффективного функционирования теплоизолированных трубопроводных систем.

Технология изоляции трубопроводов в пенополиуретановой изоляции основана на уникальных физико-механических свойствах этого материала:

 Самая низкая из современных теплоизоляторов теплопроводность, составляющая в зависимости от плотности 0,019 — 0,033 Вт/моС и обусловленная этим минимальная толщина изоляции (5 см пенополиуретана по теплопроводности равнозначны примерно 10 см минеральной ваты). Это свойство пенополиуретана позволяет достичь при его применении максимально возможных тепло и энергосберегающих характеристик на промышленных и хозяйственных системах самого широкого назначения.

 Высокая долговечность (срок эксплуатации пенополиуретана составляет свыше 30 лет с полным сохранением свойств).

 Рабочая температура эксплуатации пенополиуретана до 130оС, при кратковременных воздействиях — до 150оС.

 Устойчивость к воздействию влаги (водопоглащение по массе всего 2%).

 Высокая и долговечная адгезия (сцепляемость) с поверхностью трубы и гидрозащитной оболочкой.

 Высокая механическая прочность материала.

 Изоляция из пенополиуретана монолитная, бесшовная, не образует «мостиков холода».

 Пенополиуретан инертен к щелочным и кислотным средам, защищает трубу от наружной коррозии и химически агрессивных сред, существенно продлевая срок службы трубопровода.

 пенополиуретан нетоксичен и безопасен для человека.

Жесткие пенополиуретаны (ппу) являются исходным сырьем для ппу изоляции и одновременно одним из наиболее распространенных на Западе строительных материалов. Эти легкие, но достаточно прочные пенопласты обладают очень низкой теплопроводностью (0,027 — 0,034 Вт/м.К), малой паропроницаемостью, высокой показателем адгезии к различным материалам. Пенополиуретан находит широкое применение на строительных объектах и трубопроводных системах.

Пенополиуретан получают из жидких двусоставных компонентов, дозировка и смешение которых осуществляется специальными напылительными и заливочными машинами высокого и низкого давления.

Жесткие пенопласты изготавливают как на промышленных предприятиях, так и непосредственно на месте нанесения полиуретанового слоя на объекте применения. Реакции вспенивания и отвердения пенополиуретана протекают в течение нескольких минут (в зависимости от температуры окружающей среды и толщины наносимого ппу).

В строительстве пенополиуретан шире всего применяют в качестве теплоизоляционных материалов и реже — конструкционных. Повышение качества теплоизоляции зданий при применении пенополиуретана обеспечивает существенное снижение средств за счет экономии топлива.

По данным Л. Д. Елисеева, председателя комиссии по энергосбережению при СОРОИС, по теплоизоляционным свойствам слой пенополиуретана толщиной 25 мм эквивалентен слою кирпича толщиной 0,52 м, гранита толщиной 2,5 м. Испытания в жилых помещениях показали, что затраты на отопление здания с пенополиуретановой изоляцией более чем на 90 % ниже по сравнению с энергозатратами для обычных жилых зданий. Исследования экономической эффективности утепления пенополиуретаном промышленных зданий показали, что использование для этой цели даже сравнительно тонкого слоя пенопласта позволяет снизить тепловые потери на 70 %.

В строительстве пенополиуретан применяется главным образом в виде блоков и панелей (сэндвич-элементов) с облицовками из металла, рубероида, штукатурки или любых других плоских, профилированных листовых материалов. Вот уже около 30 лет в Великобритании строят одно- и двухэтажные коттеджи со стенами и перегородками из сэндвич-панелей с внутренним слоем из жесткого ППУ. Изнутри стеновые панели покрыты слоем штукатурки толщиной 10 мм, а снаружи облицованы асбоцементными листами толщиной 6 мм, на которые можно легко напылять пенополиуретановую композицию на основе декоративной крошки и эпоксидной смолы. Внутренний слой изоляции представляет собой жесткий пенополиуретан плотностью 40 кг/куб.м и толщиной 75 мм. Эти дома имеют стальной каркас, так что панели служат лишь обшивкой.

Характерен в этой связи опыт применения пенополиуретана в строительстве в европейских странах. Согласно данным приведенных председателем комиссии по энергосбережению при СОРОИС Л. Д. Елисеевым, во Франции и некоторых других европейских странах пенополиуретановыми блоками тепло- и звукоизолируют одноэтажные коттеджи и дачные домики (типа бунгало). ППУ изоляцию в форме блоков из пенополиуретана приклеивают изнутри к деревянным или кирпичным стенам. Затем ту сторону панели, которая обращена внутрь помещения, покрывают штукатуркой.

В Норвегии с середины 70-х годов освоено строительство ппу изолированных жилых домов с несущими стенами и перегородками из сэндвич-панелей, облицованных штукатуркой.

В Бельгии для домостроения выпускают пенополиуретановые панели, которые снаружи облицовывают керамической плиткой под кирпич красного, желтого, коричневого и белого цветов. Плитку прикрепляют к панели композицией на основе песка и полиуретанового связующего. С внутренней стороны панели облицованы плитами толщиной 6 мм из водонепроницаемого огнеупорного материала.

Пенополиуретан позволяет решать проблему ликвидации влаги, конденсируемой на стенках непроветриваемых помещений. Эти панели можно использовать также для внутренней тепло- и звукоизоляционной обшивки стен, не имеющих воздушной прослойки (внутренняя поверхность может быть оклеена картоном, шпоном, бумагой, стеклотканью), а также для утепления гаражей, складских помещений, теплиц, коровников, свинарников и пр.

Хорошо известно, что максимальная утечка тепла из зданий происходит через стены и крыши. Именно эти элементы целесообразнее всего покрывать пенополиуретаном. Жесткий пенополиуретан чрезвычайно эффективен в качестве материала для утепления крыш. Применяемые для этого панели должны выдерживать вес человека. Обычно панели из пенополиуретана накладывают на плоские бетонные или стальные настилы крыш, покрытые асфальтом или битумом. Применение для теплоизоляции крыш пенополиуретана толщиной 25-60 мм позволяет экономить не менее 40 % энергии, затрачиваемой на отопление. Кровли старых и вновь сооружаемых зданий можно изолировать также напылением вспенивающейся пенополиуретановой композиции. Напыление жесткого пенополиуретана производится непосредственно на месте применения, слой пены схватывается практически мгновенно. При этом вся поверхность крыш оказывается закрытой сплошным водонепроницаемым пенополиуретановым слоем. Этот метод широко используется в США и Канаде. Поскольку пенополиуретаны обладают недостаточной светостойкостью, пенопластовые кровельные покрытия предохраняют от воздействия УФ-излучения и возможного возгорания. Для этого пенополиуретан сверху полностью закрывают гибкой пленкой, листовым металлом, бетоном или, в крайнем случае, наносят лакокрасочное покрытие.

В Голландии крыши новых зданий утепляют жестким пенополиуретаном, покрывая его снаружи рубероидом, а панели и фанеры широко применяют для изготовления полов в фургонах и трейлерах.

В Великобритании с помощью пенополиуретана решили важную проблему ремонта старых зданий, производя заливку жидкой вспенивающейся композиции в пространство между кирпичными стенками; пенополиуретан плотно соединяет два слоя кладки и дополнительно обеспечивает теплоизоляцию зданий. Применение пенополиуретана значительно сокращает время и снижает стоимость ремонта обветшалых зданий. Этот метод пенополиуретановой изоляции также используется для упрочнения и герметизации стен многоквартирных жилых и общественных зданий. В ряде случаев полости пустотелых стен заполняют измельченными отходами пенопластов вместо того, чтобы заливать туда жидкую композицию.

Важная задача в строительстве — герметизация стыков между строительными блоками, т.к. стыки являются наиболее уязвимым местом в зданиях. Пенополиуретановая изоляция зарекомендовала себя как прекрасный метод для герметизации стыков, поскольку высокой обладает атмосферо- и влагостойкостью, имеет отличные тепло- и звукоизоляционные свойства, высокую адгезию к бетону и другим строительным материалам, хорошую устойчивость к многократным сезонным и суточным температурным деформациям стыков. Результаты ускоренных испытаний пенополиуретана на таких объектах подтвердили эксплуатационную долговечность таких соединений.

Хотя пенополиуретан применяют в области строительства относительно недавно, уже сегодня имеются надежные данные о поведении этих материалов в течение 25 лет эксплуатации. Кроме этих данных, есть результаты лабораторных испытаний на ускоренное старение, которые дополняют и подтверждают данные натурных испытаний. Лабораторные испытания показали, что у пенополиуретана низка стойкость к действию минеральных кислот и к большинству органических растворителей. В то же время пенополиуретан хорошо переносит контакт с водой и различными нефтепродуктами, но при погружении в эти жидкости на один год и более разрушаются, особенно если давление жидкости выше атмосферного. Удовлетворительные показатели при эксплуатации в подобных условиях имеет лишь пенополиуретан высокой плотности (более 100 кг/куб. м) и интегральные пены.

Пенополиуретан не теряет своих теплоизоляционных и прочностных свойств при эксплуатации при температурах от минус 60 до плюс 100С. Скорость старения пенополиуретана, как и других видов полимерных материалов, во многом зависит от температуры. В ходе лабораторных испытаний на старение было установлено, что при температуре ниже 70С скорость старения пенополиуретана резко снижается. При этом чувствительность пенополиуретана к температурному старению в значительной степени зависит от исходной температуры. В научно-исследовательском институте теплоизоляционных материалов (Мюнхен, ФРГ) подвергли испытаниям три кровельные конструкции, утепленные жестким пенополиуретаном (слой утеплителя составлял на одной конструкции 60 мм и 30 мм на двух других, кажущаяся плотность пенополиуретана 30-35 кг/куб.м). Как следует из данных этих испытаний, после 10-летней эксплуатации пенополиуретана на данных объектах ни теплопроводность, ни влагосодержание пенополиуретанов практически не увеличились. Таким образом, о жестком пенополиуретане можно сказать, что он в буквальном смысле выдержал испытание временем.

В настоящее время на территории нашей страны применяется в строительстве более десяти марок жестких пенополиуретанов. Пенополиуретан может использоваться самостоятельно или в сочетании друг с другом для следующих целей: тепло-, звукоизоляция гражданских и промышленных сооружений, хладоизоляция трюмов и холодильного оборудования, повышение плавучести и сохранности лесоматериалов на сплаве, тепло- и гидроизоляция нефтегазопроводов.

Перед другими видами теплоизоляции напыляемый пенополиуретан имеет ряд существенных преимуществ, основными из которых являются: выполнение пенополиуретаном одновременно функций утеплителя, гидроизоляции и защиты металлов от коррозии, хорошая адгезия напыляемых пенополиуретанов к любым поверхностям, быстрота нанесения ппу изоляции на ограждающие конструкции больших площадей, в том числе криволинейного очертания, и отсутствие монтажных стыков.

Обычно для напыления пенополиуретана используются пенонапылительные установки, имеющие одинаковое конструктивное решение. Однако для утепления вертикальных цилиндрических резервуаров мазутохранилищ емкостью 30000 куб.м, построенных в Москве на Южной ТЭЦ Мосэнерго, создана специальная установка, автоматизирующая процесс нанесения пенополиуретана на наружные поверхности цилиндрической стенки резервуара и механизирующая напыление на сферическую крышку. Натурные обследования сооружений с нанесенным пенополиуретаном, эксплуатирующихся 15 и более лет, показали лишь незначительное снижение пенопластом теплоизоляционных свойств. Лабораторные испытания установили достаточную адгезию пенополиуретана к металлическим поверхностям: после различных климатических и силовых воздействий коррозионных процессов на металле, защищенном напыляемыми пенополиуретанами, ни на одном объекте не обнаружено.

Опыт 16-летней эксплуатации пенополиуретановых покрытий на стенах коровников и свинарников, а также водонапорных башен показал, что в местах непосредственного воздействия климатических факторов на теплоизоляционное покрытие адгезия пенополиуретана к дереву оказалась высокой. Однако в местах постоянного контакта с водой или другими жидкими средами отмечалось локальное отслоение пенополиуретана. Поверхностная технологическая пленка пенополиуретана на стенах помещений, обращенных на север, сохранилась без существенных изменений, в то время как на расположенных в южном направлении и подвергавшихся более интенсивному воздействию солнечной радиации пенополиуретан через 16 лет покрылась сеткой волосяных трещин. Механические характеристики пенополиуретана сохранились на исходном уровне, коэффициент теплопроводности и водопоглощения увеличился незначительно. Все это указывает на несомненную целесообразность применения пенополиуретана в качестве тепловой и гидроизоляционной защиты в сельскохозяйственном строительстве.

Пенополиуретановый теплоизолирующий слой изготавливают на основе двух озононеразрушающих и экологически безопасных химических компонентов: полиола (компонент А) и изоцианата (компонент Б).

В результате реакции компонентов и воды образуется однородный материал с закрытыми порами. Этот материал обладает высокими теплоизолирующими свойствами. Основные характеристики физико-механических свойств пенополиуретана приведены в таблице:

Характеристики пенополиуретана

Значение

Плотность тепловой изоляции, кг/м3, не менее

60 - 80

Прочность при сжатии при 10 %-ной деформации в радиальном направлении, МПа, не менее

0,3

Объемная доля закрытых пор, %, не менее

88

Водопоглащение при кипячении в течение 90 мин, % по объему, не более

10

Прочность на сдвиг в осевом направлении, МПа, не менее, при температуре:

(23±2)°С

0,12

(140±2)°С*

0,08

Прочность на сдвиг в тангенциальном направлении, МПа, не менее, при температуре*:

(23±2)°С

0,2

(140±2)°С

0,13

Радиальная ползучесть теплоизоляции при температуре испытания 140 °С, мм, не более, в течение*:

100 ч

2,5

1000 ч

4,6

Коэффициент теплопроводности при средней температуре 50 °C, Вт/мo°С, не более

0,023 - 0,033

Пиковая температура, °С (суммарное время эксплуатации в этом режиме не более 1 года)

* Определяется по требованию заказчика

Сравнительные физико-механические свойства пенополиуретанов.

Наименование показателя

Стандарт EN-253

Марка пенополиуретана

ППУ-345

Изолан-345

Воракор CG-615

Эластопор ЕХН 2110/5(4)

Эластопор VPH 213/146

Карадол PS 445-01

Карадол МД 420-02(01)

Кажущаяся плотность, кг*м3

80

60-80

70-100

65-80

65

60-70

95

97,9

Прочность при сжатии, кПа

300

400

500

330

450

450

520

585

Прочность при изгибе, кПа

---

600

1000

890

700

700

--

--

Содержание закрытых пор, %

88

88

88

85

92

94

95

--

Водопоглащение, % об.

10,0

---

200 см3/м2

1,4

0,2

5,5

3,5

--

Температуростойкость, 30 лет, град.С

120

150

150

120

--

140

140

140

Теплопроводность, Вт/м*К

0,027

0,035

0,035

0,043

--

0,032

0,0285

0,0279