Теплоизоляционные изделия из пенополиуретана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сегодня для утепления жилых и промышленных зданий используется довольно много самых разных теплоизоляционных материалов, но самым технологичным, экономически целесообразным и удобным в использовании материалом является пенополиуретан.

С учетом низкой себестоимости производства работ, транспортировки утеплителя, экономии трудодней, безвредности для людей и окружающей среды, пенополиуретан можно выдвинуть на первое место по эффективности среди используемых ныне теплоизоляционных материалов.

Утепление пенополиуретаном жилых зданий и водопроводов уменьшает теплопотери в среднем на 15 - 20%.

Во всем мире готовый пенополиуретан без проблем проходит испытания на токсичность. В России санитарные нормы даже жестче, чем за рубежом, тем не менее в любом регионе нашей страны ЦГСЭН в гигиенических сертификатах указывает «безопасен при применении в качестве теплоизоляционного материала».

1. Характеристика и свойства

Пенополиуретан (ППУ) - легкий и прочный гидротеплоизоляционный материал, имеющий ячеистую структуру , в которых процент закрытых пор состовляет 99%. пенополиуретан гидротеплоизоляционный технология

Благодаря этому, матерьял обладает самым низким коэффицентом теплопроводности и самым малым водопоглощением в сравнении с другими теплоизоляционными матерьялами.

Популярность пенополиуретанов объясняется простотой процесса их получения на месте применения.

Теплоизоляционные изделия из пенополиуретана (ППУ) применяются для теплоизоляции газо - нефтепроводов, трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, инженерных сетей химических и нефтехимических производств, цистерн, хранилищ, емкостей и других промышленных объектов, в диапазоне температур от - 190°С до + 160°С (горючесть ППУ - изделий определяется по ГОСТ 12.1.044 - 84, класс горючести Г2 (горючий, трудновоспламеняемый)).

Особенность пенополиуретана - исключительно высокие физико -механические свойства: достаточная механическая прочность и долговечность, не поддается гниению, не впитывает влагу, не выделяет в атмосферу каких-либо канцерогенных веществ (ЦГСЭН в гигиенических сертификатах указывает «безопасен при применении в качестве теплоизоляционного материала»).

На сегодняшний день пенополиуретан признан лучшим материалом для теплоизоляции трубопроводов ведущими теплотехническими НИИ РФ.

Отечественные ППУ массового применения устойчиво держат коэффициент теплопроводности 0,028 Вт/м °С и имеют тенденции в ближайшие годы снизится до 0,02 Вт/м °С.

В отличие от большинства теплоизоляционных материалов теплопроводность пенополиуретана от влажности среды не зависит (чего не скажешь о других утеплителях), хранение под дождем и снегом - нормальное.

Пенополиуретан позволяет создать монолитное, полностью гидроизолирующее покрытие трубы.

Дополнительной защиты не требуется - только покраска для защиты от прямых солнечных лучей.

Применение пенополиуретана позволяет решить практически все проблемы, связанные с теплоизоляцией трубопроводов:

приведение теплопотерь к нормируемым величинам, что дает значительную экономию денежных средств при транспортировке тепла;

решение вопроса защиты теплосетей от варварского разграбления;

увеличение срока службы теплоизоляции до 25 - 30 лет без какого - либо значительного изменения ее свойств;

многократное уменьшение затрат на монтаж изоляции и ее эксплуатацию в дальнейшем;

эстетичный внешний вид, позволяющий изолировать теплотрассы в городской черте, не уродуя архитектурный облик города.

Экономическая эффективность теплоизоляции пенополиуретаном обусловлена снижением стоимости прокладки по сравнению с традиционными методами на 20 - 30 %.

Расчет экономического эффекта от бесканальной прокладки теплотрасс с изоляцией из ППУ (по сравнению с традиционным канальным вариантом) показал суммарный годовой экономический эффект в размере 200 млн. руб. (при диаметре трубопровода 100 мм) и 1,5 млрд. руб. (при диаметре 800 мм) на один километр теплотрассы в ценах 2000 года.

Что касается теплоизоляционных свойств новой технологии, то проведённые испытания на тепловые потери участка теплопровода длиной 683 м, диаметром 125 мм показали, что фактические потери в 1,7 раза меньше нормативных, рассчитанных по «Нормам проектирования тепловой изоляции» и СНиП 2.04.14 - 88.

По данным института «Норильскпроект», пенополиуретан - это единственный материал, подходящий по всем перечисленным показателям к применению в строительстве в климатической зоне Сибири и Заполярья.

По приведенным затратам, с учетом полной стоимости тепловых потерь за 10 лет эксплуатации, ППУ изоляция экономичнее соответствующей минераловатной на 50 - 60%.

Сырье.

Пенополиуретан относится к классу газонаполненных пластмасс.

Образование пенополиуретана происходит при реакции двух жидких компонентов (двухкомпонентной ПУ смеси): компонент «А» - полио и компонент «Б» - полиизоционат, в результате образуются микрокапсулы, заполненные воздухом.

При работе по теплоизоляции ППУ компания использует компоненты, которые готовят отечественные фирмы.

Полиизоционат в России не производится, весь компонент «Б» поступает в нашу страну импортный.

Основные продавцы ПИЦа это Bayer, Elastogran (Германия), Huntsman (Нидерланды), Dow Chemical (США), также часть поступает из Венгрии, Польши, КНР.

На территории РФ производители компонента «А» расположены в городах: Владимир, Дзержинск, Чебоксары, Пермь, Нижнекамск, Самара.

Для гарантированного получения конечного продукта компания всегда приобретает систему компонентов («А» + «Б»).

Такая смесь оптимальна с точки зрения «цена - качество».

Компонент «А» является гидроксилсодержащим компонентом, создающим при реакции с компонентом «Б» полимерную основу пенополиуретана марки ППУ - 110 и представляет собой темную жидкость, состоящую из смеси нескольких химических соединений, таких как полиэфиры, амульгаторы, вспенивающие и сшивающие агенты.

Компонент «А» малотоксичен, невзрывоопасен, хранить его необходимо в сухом вентилируемом помещении при температуре не ниже 0°С.

При хранении компонент «А» имеет тенденцию к расслаиванию и поэтому перед использованием его необходимо тщательно перемешать путем перекатывания и опрокидывания бочки в течение 5 - 10 мин.

Транспортируется компонент в бочках из углеродистой стали, внутренняя поверхность которых покрыта защитным покрытием, вместимостью не менее 200 литров всеми видами транспорта, обеспечивающими сохранность продукта и тары.

Компонентом «Б» является полиизоцианат марки «Б» высшего сорта и представляет собой смесь 50 - 60% диизоцианата и полиизоцианата групп не менее 30%.

Компонент «Б» - темная жидкость со специфическим запахом. Токсичен, предельно допустимая концентрация его паров в воздухе производственных помещений составляет 0,2мг/куб.м, температура вспышки 175°С, воспламенения 215°С.

Компонент «Б» легко реагирует с атмосферной влагой и водой, при этом образуется осадок твердого полимерного материала, который нельзя использовать для переработки.

Поэтому бочки с компонентом «Б» должны быть герметично закрыты и защищены от контакта с водой и атмосферной влагой.

Из одной тонны сырья, с учетом возможных потерь можно получить 20 кубометров пенополиуретана при плотности 50 кг/м3.

Тонна - это четыре 200 литровых бочки. Технологичность, экономическая целесообразность и удобство - очевидны.

2. Технологический процесс изготовления ППУ

Технологический процесс изготовления ППУ предусматривает следующие технологии: заливка в формы и напыление.

Заливка в формы - основная технология предусматривает изготовление скорлупы и отводов в виде полых цилиндров и полуцилиндров от 32 мм до 1220 мм. Длина скорлуп 1000 мм.

Технология производства ППУ методом заливки в пресс - форму позволяет в цеховых условиях изготовить требуемое количество теплоизоляционных полуцилиндров «скорлуп» для дальнейшей их установки на трубопровод.

Производство теплоизоляционных полуцилиндров «скорлуп» для трубопроводов - наиболее простой процесс из области производства формованных изделий из ППУ.

Общие принципы данных производств одинаковы - пенополиуретановая композиция заливается в ограничительную оснастку - пресс - форму.

Пресс - форма перед заливкой смазываетс я антиадгезионной смазкой (циатим, литол, солидол и т.п.).

Система двух изначально жидких компонентов А и Б заливается в стальные пресс-формы с помощью машины высокого давления (производительность от 30 до 300 литров в минуту), как правило 100:130 по массе.

В результате смешивания этих двух компонентов образуется реакционно-способная смесь.

После заливки композиция вспенивается, расширяется и твердеет, занимая всё внутреннее пространство пресс-формы.

Время выдержки скорлупы в пресс-форме 7-10 минут.

Временная продолжительность единократной заливки не должна превышать 20-30 секунд от времени старта.

Производство «скорлуп» в основном упирается в пресс - формы, их качество и количество.

Основные требования к пресс - формам - это точное соответствие геометрических размеров формы размерам требуемой детали и высокие прочностные характеристики ППУ при расширении создаёт избыточное давление внутри формы до 6 атмосфер.

Оптимальная температура для переработки ППУ - 22°C поэтому, чем ближе температура воздуха на производственном участке к оптимальной, тем лучше.

Над непосредственным местом заливки установлен зонд вытяжной вентиляции, обеспечивающий 8 - 10 кратный обмен воздуха в рабочей зоне в течение часа.

Для работы и обслуживания достаточно двух человек.

Данный метод позволяет избавиться от недостатков присущих методу напыления ППУ, но и он имеет ряд своих недостатков:

- существенные затраты на организацию производственного участка;

- при изоляции скорлупами необходимо уделять особое внимание

антикоррозийной защите трубы, т.к. скапливающийся между трубой и скорлупой конденсат не имеет выхода и активизирует коррозию трубы.

Таблица - 1. Физико - механические свойства скорлуп ППУ (частный случай)

Специалисты во время работы применяют различные добавки, что позволяет изменять плотность ППУ от 20 кг/куб.м до 80 кг/куб.м в зависимости от назначения теплоизоляции.

С помощью добавок (катализаторы, преобразователи) можно не только варьировать плотность ППУ, скорость и время старта, но и добиться значительной экономии средств.

По техническим требованиям Заказчика изделия из пенополиуретана изготавливаются для теплоизоляции любого диаметра трубопровода и с изменением толщины стенки теплоизоляции.

Также возможно изготовление нестандартных изделий любой конфигурации.

Пенополиуретановые скорлупы диаметром до 108 мм упаковываются в пакеты 1х1х1 м, изделия большего диаметра транспортируются россыпью.

По условиям перевозки скорлупы диаметром до 620 мм изготавливаются в виде полуцилиндров, а скорлупы диаметром 720 мм и более - из трех - четырех сегментов.

Транспортируются скорлупы авто и железно - дорожным транспортом в контейнерах и вагонах.

2) Цех по производству пенополиуретановой теплоизоляции напылением

Технологический процесс напыления ППУ на трубопроводах производится с помощью специализированных напылительных установок - пеногенераторов высокого или низкого давления.

Внешне процесс напыления выглядит, как процесс окраски с помощью пульверизатора и позволяет наносить ППУ - теплоизоляцию на изделия любых габаритов и конфигурации.

Послойное напыление ППУ допускает изготовление монолитного слоя теплоизоляции любой необходимой толщины.

Адгезионная прочность сцепления напылённого ППУ с поверхностью трубы - не менее 2 кг.

На 1 кв. см. Монолитность напылённого покрытия обеспечивает отсутствие мостиков холода, антикоррозийную защиту и невозможность расхищения теплоизоляции.

Также немаловажно отметить снижение транспортных затрат, т.к. расходные материалы поставляются на объект в жидком виде и при напылении расширяются в объёме приблизительно в 20 раз, т.е. из 2 стандартных 200 - литровых бочек химических компонентов получается около 10 куб.м. готового ППУ.

Требования к напыляемым поверхностям заключаются в следующем: поверхность должна быть сухой, чистой, не замасленной, без следов активной коррозии и обязательно тёплой (температура не ниже +10 ,+15 °C).

Работа в зимний период на действующих трубопроводах горячего водоснабжения принципиально не отличается от работ, проводимых в тёплое время года, с той лишь разницей, что расходные компоненты нуждаются в прогреве до рабочей температуры.

В случае прогретой напыляемой поверхности температура окружающего воздуха принципиального значения не имеет.

Работы по холодным поверхностям ведут к ухудшению адгезии ППУ с трубой и радикальным перерасходам компонентов.

Основные недостатки метода напыления:

- перерасходы компонентов на трубах малого сечения и сильных ветрах;

- практическая невозможность работ по холодным поверхностям;

- значительный распыл компонентов может привести к порче лакокрасочного покрытия автомобилей и другого дорогостоящего оборудования, находящегося в зоне проведения работ.

3. Технология теплогидроизоляции на примере трубопровода

При монтаже скорлуп (сегментов) на «тело» трубопровода необходимо соблюдать следующие правила и последовательность:

- металл трубопровода должен быть защищен от коррозии (скорлупы не вызывают коррозии, но и не защищают трубопровод от коррозии);

- скорлупы должны тесно по пазам прилегать друг к другу, как в продольном, так и в поперечном направлении;

- скорлупы можно располагать на «теле» трубопровода по часовой стрелке 9 - 15 или 12 - 18 (это за висит от метода гидрозащиты стыков скорлуп);

- стяжки (хомуты) должны воспрепятствовать «ползучести» скорлуп вдоль трубы и их провисанию под силой тяжести.

Необходимо соблюдать правило - чем больше диаметр скорлупы, тем больше стяжек должно быть;

- для дополнительной гидрозащиты поперечные швы скорлуп желательно промазать специальным однокомпонентным клеем;

- выполнить защиту скорлуп от внешнего воздействия.

Скорлупы из ППУ в виде монтируются на тело трубы с помощью полиуретанового или иного герметика (клея), отверждаемого влагой воздуха.

Монтаж скорлуп на «тело» трубы можно проводить в любое время года при сухой погоде.

После монтажа скорлупы необходимо защитить от воздействия солнечной радиации.

Защитой может служить грунтовка марки ХС 04 (ХС 011), краска, пленка ПИЛ и другие материалы.

При многоразовом использовании скорлуп используется технология монтажа с помощью специальных бандажей.

Эта технология обеспечивает быстрый доступ к телу трубы в случае повреждения (свищ, трещина).

Крепление скорлуп на теле трубы является несложной технологической операцией, отличается низкой трудоемкостью и высокой производительностью: двое рабочих могут выполнить до 300 пм за смену, что сокращает время монтажа в 5 - 6 раз по сравнению с традиционными материалами

2. Работы по теплогидроизоляции трубопроводов методом напыления проводятся непосредственно на тело трубы.

Толщина теплогидроизоляции зависит от климатических условий района эксплуатации трубопроводов.

По желанию заказчика, для повышения устойчивости изоляции к механическим воздействиям, на нее наносится защитно-покровный слой толщиной 10 - 15 мм из ППУ более высокой плотности или другие защитные материалы.

Для улучшения эстетического вида теплогидроизоляции возможна её покраска.

4. Конкурентные преимущества

Пенополиуретан обладает самой низкой теплопроводностью из всех существующих теплоизоляционных материалов и может смело называться утеплителем №1.

Утепление: фасадов, кровли, пола чердака, мансарды, пола, стен, емкостей, теплотрасс, щелей, стыков, фундамента, подвалов, цоколя, ангаров, лодок, кораблей, сушильных и морозильных камер.

В силу своих свойств, пенополиуретан при нанесении точно повторяет текстуру поверхности.

Если, например, пенополиуретан наносится на кирпичную стену, то даже через слой в 50мм отчетливо проступает расшивка между рядами кладки. Кроме того, с увеличением слоя пенополиуретана, добавляется его собственная шероховатость в пределах 15% от толщины.

Полипеноуретан устойчив к грибкам, гниению и воздействию микроорганизмов.

Кроме того, он не подвержен к проникновению корней.

Долговечность пенополиуретана оценивается более, чем в 30 лет, но и это не предел.

В Германии, США, Швеции, Японии специалисты разбирают конструкции стен, крыш, фундаментов, утепленных пенополиуретаном, залитого в 70 годах прошлого века и утверждают, что его свойства не изменились.

Нет химических причин для разрушения правильно сделанного пенополиуретана.

Более 96 % ячеек пенополиуретана замкнуты, то есть представляют собой пластиковые капсулы.

Поскольку коэффициент теплопроводности пенополиуретана как минимум в два раза ниже, чем у ближайших конкурентов (минеральная, базальтовая вата; пенополистирол и т.д.), то для достижения одинаковой теплоизоляционной способности необходима вдвое меньшая толщина изоляции, что порой является основным критерием при термической изоляции промышленного и энергетического оборудования, трубопроводов и т.д.

Малая теплопроводность ППУ обеспечивает проектировщику преимущества: выигрыш пространства и широкие возможности при проектировании.

Например, в области покатой крыши полноформатное утепление при помощи ППУ заменяет обязательное для всех других материалов двухслойное изолирование.

В области плоской крыши значение придается небольшой монтажной высоте, особенно если речь идет о крыше террасы.

В области пола малая монтажная высота обеспечивает выигрыш пространства, а что касается старых построек, то и сохранение высоты дверных и оконных проемов.

Уникальное соотношение теплопроводности, теплоемкости и коэффициента паропроницаемости у пенополиуретана обеспечивает оптимальный климат внутри помещений с нормальным и влажным режимом эксплуатации.

Заключение

Пенополиуретан - высоко эффективный, высоко технологичный, высоко качественный и доступный по цене и уникальный по своим характеристикам, теплоизоляционный материал.

В России производство различных видов пенополиуретана увеличивается из года в год, но к сожалению использование этого материала пока не получило в нашей стране массового применения, в отличие от стран Западной Европы и США, где пенополиуретан успешно применяется порядка 50 лет.

Список используемых источников

1.Булатов Г.А. Полиуретаны в современной технике / Г.А.Булатов. - М., Машиностроение,2002. - 272 с.

2.Булатов Г.А. Пенополиуретаны в машиностроении и строительстве / Г.А.Булатов. - М., Машиностроение, 1998. - 183 с.

Размещено на Allbest.ru