Теплоизоляция. Часть II

Андрейчук Т. Теплоизоляция. Часть II // Ватерпас. 2000 . №5-6. C. 112-115

Теплоизоляционные материалы, рассматриваемые в данной статье, относятся в основном к материалам нового поколения, хотя не стоит забывать, что все новое ? хорошо забытое старое (в какой-то мере).

Отражательные теплоизоляционные материалы

Алюминиевая фольга (альфоль). Альфоль ? высокоэффективный теплоизоляционный материал, который состоит из воздушных прослоек, разделенных листами алюминиевой фольги.

В данной изоляции используется низкая теплопроводность неподвижного воздуха (0,02 Вт/мК) и высокая отражающая способность алюминиевой фольги, которая отражает до 95% передаваемого тепла.

Влияние лучеиспускания при передаче тепла через воздушную среду (прослойку) особенно проявляется при высоких температурах, так как 2/3 тепла передается лучеиспусканием, а 1/3 конвекцией и теплопроводностью. Когда воздушная прослойка разделена алюминиевой фольгой с низкой лучеиспускающей способностью, то передача тепла лучеиспусканием сильно уменьшается и осуществляется в основном путем конвекции и теплопроводности. При этом общее количество передаваемого тепла снижается примерно в три раза. А если заменить воздух в прослойке вакуумом, то можно было бы добиться снижения количества тепла, передаваемого конвекцией и кондукцией. Соответственно толщина воздушной прослойки влияет на количество передаваемого тепла. Воздушная прослойка, находящаяся в зоне высоких температур, должна быть более тонкой, а в зоне низких ? более толстой. Оптимальная толщина равна 8-10 мм.

Использование алюминия для теплоизоляции объясняется его низкой лучеиспускательной способностью, малой теплоемкостью, высокой стойкостью против коррозии и хорошей обрабатываемостью. При соприкосновении с воздухом на поверхности алюминия образуется тонкая пленка окисла, которая предохраняет его от дальнейших воздействий воздуха и незначительно увеличивает его лучеиспускание. Алюминий негорюч (температура плавления 652?С).

Историческая справка. Конструкции из алюминиевой фольги, кроме названия альфоль, имеет еще наименования: термофоль и термаль. Начало применения альфоля в Европе относится к концу 30-х гг. Он получил широкое распространение в судостроении (при строительстве крейсеров, броненосцев, береговых заградителей), железнодорожном транспорте, холодильной промышленности. В СССР алюминиевая фольга впервые была применена в 1932 г.

Для строительных конструкций выпускается бумажноальфолевая отражательная теплоизоляция. Она представляет собой ленту гофрированной бумаги, на гребни которой наклеена алюминиевая фольга. Ее объемный вес ? 8 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,055 Вт/мК, предельная температура применения 550?С.



Газонаполненные (ячеистые) пластмассы-пенопласты (или поропласты) ? органические теплоизоляционные материалы.



Теплоизоляционными пластмассами называются органические высокопористые материалы, получаемые из синтетических смол.

Газонаполненные пластмассы представляют собой двухфазные системы, состоящие из полимерной матрицы и равномерно диспергированной газовой массы.

По виду полимера их разделяют на термопластичные ? на основе полимеров с линейной структурой (пенополистирол, пенополивинилхлорид, пенополиэтилен, пенополипропилен), и термореактивные ? на основе полимеров с пространственной структурой (фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные, насыщенные полиэфиры, эпоксидные, полиуретановые). Бывают поропласты жесткие (предел прочности при сжатии при 50% деформации более 0,15 МПа), полужесткие и эластичные (предел прочности при сжатии менее 0,01 МПа).

Данная группа теплоизоляции стоит особняком среди традиционных строительных материалов, называясь ?материалами нового поколения?. У газонаполненных пластмасс низкая средняя плотность, высокие тепло- и звукоизоляционные свойства, повышенная ударопрочность. Среди недостатков можно отметить: пониженную огнестойкость, теплостойкость и температуростойкость (применение < 200?С). До конца не изучены такие свойства пенопластов, как биостойкость в процессе эксплуатации и процессы деструкции (?старения?). Структура пор полистирольных и полиуретановых поропластов ? тонкодисперсная и относительно урегулированная. Для феноловых поропластов характерна вытянутость ячеек в направлении вспенивания, что определяет анизотропию их свойств.

Соотношение числа открытых и закрытых пор в структуре поропласта определяет его физико-механические свойства, которые улучшаются с увеличением содержания закрытых ячеек (см. табл. 1).

Для поропластов: под прочностью (коэффициентом конструктивного качества) понимают отношение предела прочности к средней плотности материала. При использовании поропластов в элементах конструкций недопустимы значительные деформации, так как в условиях длительно приложенных статических напряжений у поропластов развиваются деформации ползучести. При больших нагрузках (0,4-0,45 о сж) ползучесть интенсивно развивается во времени. Характеристикой ползучести поропластов при длительном действиинапряжений служит модуль деформативности, равный отношению деформаций, полученных в начале нагружения образцов, к полным деформациям, возникающим под действием длительной нагрузки. С повышением температуры скорость развития деформаций ползучести поропластов резко возрастает.

Полистирольные и поливинилхлоридные поропласты имеют высокую атмосферостойкость.

Условия эксплуатации теплоизоляционных материалов в строительных конструкциях определяются типом конструкции и районом строительства. Периодическое увлажнение (увлажнение и высушивание попеременно) интенсивно снижает прочностные и упругие характеристики поропластов (до 40% в зависимости от вида полимерной основы), к снижению прочности приводит также циклическое замораживание-оттаивание (у полистирольных поропластов после 25 циклов испытаний снижение прочности при сжатии составляет 13-15%, у поливинилхлоридных ? 2-15%, у фенольных ? 22%).



Пенополистирол (стиропор). Теплоизоляционный поропласт, получаемый вспучиванием полистирола при нагревании под действием газообразователя. Вспученный полистирол имеет вид гранулы размером 5-15 мм. Гранулят можно использовать в теплоизоляционных засыпках или в качестве легкого заполнителя для производства теплоизоляционных изделий с применением связующих. Но в основном из гранул полистирола формуют изделия. Это происходит под действием высоких температур за счет спекания гранул друг с другом.

Изготовление пенополистирола состоит из двух этапов: 1) получение бисерного полистирола; 2) получение непосредственно пенополистирола и формование изделий.

Получение бисерного полистирола. В автоклав, снабженный мешалкой, заливают дистиллированную воду и раствор стабилизатора (сольвар), после чего мешалка работает 10-15 минут. Затем вливают нагретый жидкий стирол, перемешивают все компоненты, полученную жидкость охлаждают и вводят газообразователь изопентан. При перемешивании образуется эмульсия стирола в воде, ее обрабатывают паром под давлением 0,5 Мпа в течение 16-18 часов. Происходит процесс полимеризации, в результате которого из капель стирола образуются гранулы бисерного полистирола размером 0,5-1 мм. Его обезвоживают на центрифуге и сушат при 20?С до влажности не более 2%.

Далее бисерный полистирол обрабатывают паром (t= +90?C ? +100?С) в барабанах. Под действием температуры он переходит в вязкопластичное состояние и происходит вспучивание полистирола газами, образующимися в результате разложения изопентана. Частично вспученный полистирол помещают в металлические формы с крышками и прогретые до t= +75?C ? +85?С. Окончательное вспучивание гранул в формах и спекание их с образованием изделия производят в автоклавах или прогревом токами высокой частоты при t= +95?С - +120?С в течение 2-10 минут. Полученные блоки режутся разогретой проволокой на плиты.

Средняя плотность изделий составляет 25-45 кг/мЗ, коэффициент теплопроводности 0,025-0,04 Вт/мК, Пенополистирол имеет малую гигроскопичность ? 0,05-0,2%, водопоглощение ? не более 2-3% по объему. Предельно допустимая температура использования +60?С ? +75?С; однако он может применяться в конструкциях, работающих при отрицательных температурах до -60?С...-75вС. Для повышения теплостойкости поверхности пенополистирольных изделий могут быть обработаны антипиренами.

Изделия из пенополистирола бывают в виде плит, блоков, скорлуп. Область применения пенополистирола различна: в холодильной технике, для изоляции транспортных средств, в строительстве ? для термоизоляции стеновых панелей, перекрытий, подвалов, кровель, мостиков холода, резервуаров.

Производители: DOW Chemical (экструдированный пенополистирол Styrofoam) ? плиты голубого цвета; BASF (экструдированный пенополистирол Стиродур) (Германия) ? плиты зеленого цвета; Sirap Gema International (Бельгия) (экструдированный Пенополистирол Isofoam) ? плиты желтого цвета. Фирма ?Визер? (Австрия) ? пенополистирольные плиты, получаемые беспрессовым способом из суспензионного вспенивающегося полистирола. Они выпускаются двух типов: ПСБ-С ? с антипиреном и ПСБ ? без антипирена. В зависимости от предельного значения плотности плиты имеют следующие марки: М15, М25, М35 и М50.

Отечественный производитель: ОАО ?Концерн Стирол? г. Горловка, Донецкой области. Предприятие производит пенополистирольные плиты типа ПС-1 и ПС-4, изготавливаемые прессовым методом; предельно допустимая температура их использования - 60?С до +60?С (см. табл. 2). И термореактивный пенопласт марок ФК-20,ФК-40,ФК-20-А-20 и ФФ, который получают на основе фенолформальдегидной смолы. Пенопласты марки ФК-20 и ФК-40 выпускаются в виде шнура, пленки и плит; ФК-20-А-20, ФФ ? в виде плит. Шнур и пленка ФК-20 , ФК-40 и ФК-20-А-20 представляют собой полуфабрикат, используемый для заполнения полостей изделий, куда он помещается в измельченном виде, а затем вспенивается. Предельно допустимая температура для плит ФК-20 ?от 0?С до 120?С; для плит ФФ ? -60?С до +150?С (см табл.З).



Пенополиуретан. Теплоизоляционный поропласт, получаемый из полиэфирной смолы и специальных добавок, реагирующих с полимером и вспучивающих исходную смесь. Отвердение происходит при повышенной температуре. Пенополиуретан производят на автоматических установках непрерывного действия. Сначала в быстроходном смесителе приготавливают смесь полиэфирного полимера, диизоцианатов (вспенивающие вещества), катализатора, эмульгатора и воды. Смесь выливают на наклонную ленту конвейера, движущуюся со скоростью 3-5 м/мин, при взаимодействии диизоцианатов с гидроксильными группами полимера выделяется углекислый газ, вспучивающий массу. Вспучивание и набор начальной прочности происходят в течение 2-5 секунд. Затем пенополиуретановую массу режут и помещают в камеры тепловой обработки, где в течение 4-6 часов при t= +50?C...+150?C происходит окончательное отвердевание. Пенополиуретан бывает жесткий и мягкий (поролон). Жесткий выпускают в виде плит и блоков, мягкий в виде полотнищ и лент. Средняя плотность жестких плит ? 60-200 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,02-0,05 Вт/мК, предел прочности при сжатии 0,2-2,5 МПа; средняя плотность эластичного материала 30-70 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,03-0,04 Вт/мК. У пенополиуретана малые водопоглощение и гигроскопичность, рабочий диапазон температур ? -50?С ? +150?С. В строительстве пенополиуретан используют для термоизоляции стен, перекрытий, подвалов, крыш, полов; а также в холодильной технике, для изоляции транспортных средств, специальное применение (под искусственными ледовыми покрытиями, под автомобильными дорогами для защиты от заморозков). Наряду с применением штучных изделий в конструкциях, пенополиуретан наносят на поверхности способом напыления и заливки непосредственно на месте производства работ. Об устройстве данного вида теплоизоляции с использованием пенополиуретана типа Рипор и Эластопор было рассказано в статье Савйовского В. В. и Болотских О. Н. Теплоизоляция зданий из эффективных материалов (?Ватерпас? 1998, №16.)



Пеноизол (мипора). Представляет собой ультралегкий пенопласт, изготавливаемый из мочевиноформальдегидного и карбомидоформальдегидного полимера (КФП) путем поризации его пеной. Компонентами для его приготовления являются: техническая мочевина, формалин, глицерин, едкий натр. щавелевая кислота, алюмосульфонафтеновый пенообразователь. В варочном котле из исходных компонентов при t= 100?C в течение 4-5 часов приготавливают мочевиноформальдегидный полимер. Затем в смесителе получают пену и смешивают ее со свежеприготовленным полимером. Пеномассу разливают в формы и выдерживают в них при нормальных условиях в течение 4-5 часов. Затем изделия отправляют на сушку, которая длится 3 суток вначале при t= +30?C, затем +40?С ? +150?С.

Мипора является самым легким органическим материалом, средняя плотность 10-20 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,030 Вт/мК, водопоглощение 100%, температура применения не выше 110?С. Мипору выпускают в виде блоков. В основном область ее применения ? изоляция изотермических вагонов и холодильников; возможно при