Способы формирования пористой структуры, строение и виды теплоизоляционных материалов

Изделия получают формованием, сушкой и обжигом сырья с порообразующими (пеной) или выгорающими добавками.

Изделия, соответственно, называются пенодиатомитовыми (кирпич), диатомитовыми и трепельными (кирпич, полуцилиндры, сегменты).

2.1.6 Теплоизоляционные бетоны

К теплоизоляционным бетонам относятся легкие бетоны на пористых заполнителях и ячеистые бетоны со средней плотностью не более 500 кг/м³.

Легкие бетоны на пористых заполнителях

Легкие бетоны представляют собой искусственные каменные материалы, изготавливаемые на основе вяжущего, воды, пористых заполнителей и специальных добавок.

Изготавливаются по ГОСТ 25820-2000.

Предназначены для изготовления теплоизоляционных изделий, стеновых панелей и монолитной теплоизоляции.

По виду крупного пористого заполнителя легкие теплоизоляционные бетоны подразделяют на:

- керамзитобетон (бетон на керамзитовом гравии);

- шунгизитобетон (бетон на шунгизитовом гравии);

- аглопоритобетон (бетон на аглопоритовом щебне или гравии);

- шлакопемзобетон (бетон на шлакопемзовом щебне или гравии);

- перлитобетон (бетон на вспученном перлитовом щебне);

- бетон на щебне из пористых горных пород;

- термолитобетон (бетон на термолитовом щебне или гравии);

- вермикулитобетон (бетон на вспученном вермикулите);

- шлакобетон (бетон на золошлаковых смесях тепловых электростанций-ТЭС или на топливном шлаке, гранулированном доменном или электротермофосфорном шлаке).

По ГОСТ 25820-2000 допускается применять другие виды бетонов на крупных пористых заполнителях.

В качестве мелкого заполнителя при приготовлении легких теплоизоляционных бетонов используют пористые пески.

Легкие теплоизоляционные бетоны характеризуются прочностью на сжатие, средней плотностью, морозостойкостью, водонепроницаемостью, теплопроводностью.

По прочности на сжатие теплоизоляционные бетоны подразделяют на классы В 0,35; В 0,5; В 0,75; В 1; В 1,5; В 2.

По средней плотности в сухом состоянии их подразделяют на марки D200, D300, D400, D500.

Легкие бетоны на органических заполнителях

Полистиролбетон

Представляет собой легкий бетон на цементном вяжущем и вспученном (полистирольном) заполнителе для жилищного и гражданского строительства.

В качестве заполнителя для полистиролбетона применяется полистирол вспененный гранулированный (ПВГ), представляющий продукт одно- или многоступенчатого вспенивания суспензионного вспенивающегося полистирола (OCT 301-05-202-92E).

Полистиролбетон выпускается по ГОСТ Р 51263-99.

По прочности на сжатие полистиролбетоны подразделяют на классы В 0,5; В 0,75; В 1; В1,5; В2; В2,5. Или марки М2; М2,5; М3,5; М5.

По средней плотности в сухом состоянии бетоны подразделяют на марки D150, D200, D250; D300; D350; D400; D450; D500; D550; D600.

Имеет группу горючести Г1.

Арболит

Арболит - теплоизоляционный бетон на цементном вяжущем, органических заполнителях (измельченная древесина, солома, костра) и химических добавках, в том числе регулирующих пористость.

При использовании магнезиальных вяжущих теплоизоляционный бетон называется ксилолитом.

При использовании в качестве органического заполнителя соломы, а в качестве вяжущего - глины или гипса, теплоизоляционный материал называется соломит.

По ГОСТ 19222-84 различают теплоизоляционный арболит со средней плотностью не более 500 кг/м³ и конструкционный арболит.

Ячеистые бетоны

Ячеистые бетоны - это искусственные пористые материалы на основе минеральных вяжущих и кремнеземистого компонента, содержащие равномерно распределенные поры. Поры могут быть трех видов: ячеистые, капиллярные и гелевые.

Наибольшее количество в ячеистых бетонах пор - в виде замкнутых или сообщающихся ячеек. Именно ячеистые поры придают ячеистым бетоном специфические свойства - низкую среднюю плотность и теплопроводность.

По способу порообразования различают три способа создания пористой структуры ячеистых бетонов:

газообразование (газобетоны, газосиликаты и т. д.);

пенообразование (пенобетоны, пеносиликаты и т. д.);

газопенообразование (газопенобетон).

В качестве вяжущего используют известь, портландцемент и его разновидности, смешанные вяжущие, шлаковые и зольные вяжущие.

В качестве кремнеземистого компонента наиболее широко при производстве ячеистых бетонов применяют кварцевый песок, при этом предпочтение отдается пескам, содержащим не менее 90% кремнезема.

Применяют также в качестве кремнеземистого компонента золу-унос от сжигания бурых и каменных углей, кислые металлургические шлаки, отходы глиноземного производства и др.

Вид кремнеземистого компонента входит составной частью в название ячеистого бетона, например, газозолобетон, газозолосиликат и т. п.

По способу твердения ячеистые бетоны делят на:

автоклавные - твердеющие в среде насыщенного пара при повышенных давлениях и температуре;

неавтоклавные - твердеющие в нормальных условиях, при электропрогреве или в среде насыщенного пара при атмосферном давлении.

Способ твердения отражается в названии ячеистого бетона, например, пропаренный газобетон, автоклавный газосиликат и т. п.

Для производства ячеистых бетонов и изделий из них используют и другие виды вяжущих, в частности, магнезиальные и гипсовые.

Теплоизоляционные изделия на гипсовых вяжущих производятся по ТУ 10-13-69-107-93.

2.2 Органические теплоизоляционные материалы

Для производства органических теплоизоляционных материалов используется различное органическое сырье, в зависимости от которого получают материалы волокнистой или ячеистой структуры.

Общая номенклатура органических теплоизоляционных материалов представлена в таблице 7.

теплоизоляционный материал пористый вата

Таблица 7

Органические теплоизоляционные материалы

Материалы с волокнистым каркасом	сыпучие	-эковата
	мягкие	-войлок синтетический; синтепон, войлок натуральный, -древесноволокнистые
	жёсткие	-древесноволокнистые; фибролит, торфоизоляционные плиты; камышит; соломит; льнокостричные материалы
Ячеистые материалы	сыпучие	-гранулированный пенополистирол
	мягкие	-пенополивинилхлорид, пенополиуретан
	жёсткие	-пенополнвинилхлорид, пенополиуретан; -фенольноформальдегидный поропласт; пеноизол, -кремнийорганический поропласт
	эластичные	-пенополиуретан; пенополизтилен, пенорезиновые
Материалы с пористым заполнителем	-пробковые; пенополистиролбетон; арболит
Материалы с пространственным каркасом	- сотопласты

Волокнистую структуру имеют теплоизоляционные материалы, получаемые в результате переработки древесины, местного растительного органического сырья (торфа, соломы, камыша и т.д.) и отходов промышленности (шерсти, волокон, бумаги и т.д.).

Ячеистую структуру имеют теплоизоляционные материалы на основе полимеров.

2.2.1 Теплоизоляционные материалы на основе растительного сырья и органических волокон

Древесноволокнистые плиты

Древесноволокнистые плиты (ДВП) - это крупноразмерные листы; получаемые из древесного волокна.

Для получения ДВП древесина измельчается и перерабатывается в древесное волокно, из которого получают гидромассу. Для повышения прочности ДВП, в гидромассу вводятся водные эмульсии окисляющихся масел (льняного, конопляного и др.) или синтетических (фенолоформальдегидных и др.) смол.

Для придания плитам водоотталкивающих свойств в состав гидромассы вводят гидрофобные вещества.

Для предотвращения загнивания в состав гидромассы вводят антисептики, а для повышения огнестойкости - антипирены.

Из гидромассы на отливочных машинах формуют плиты, подвергают их тепловой обработке в специальных сушильных камерах, а затем обрезают.

Для теплоизоляции используются мягкие плиты. Мягкие плиты, в зависимости от средней плотности, подразделяют на марки: М-1 (средняя плотность 200-400 кг/м³), М-2 (средняя плотность 200-350 кг/м³) и М-3 (средняя плотность 100-200 кг/м³).

Предельная температура применения - до 100°С.

Теплопроводность мягких плит Вт/(м ⁰С):

0,05 - для плит марки М3

0,07 - для плит марки М2

0,09 - для плит марки М-1

Длина плит - 1220-3000 мм, ширина - 1220, толщина - 8,12,16 мм. Пример обозначения мягкой плиты с плотностью от 300 до 400 кг/м³ с номинальными размерами 1800x1220x12,0 мм:

М-1 1800x1220x12,0 ГОСТ 4598--86.

Плиты используются для тепло- и звукоизоляции стен, потолков, полов, перегородок, кровель и др. конструкций при влажности окружающей среды до 60%.

При использовании вместо древесных волокон льняной костры (отходов льняного производства, плиты называются льнокостричными (обычный размер- 1500x1200x25 мм).

Фибролит

Фибролит - плитный материал, изготавливаемый обычно из специального древесного волокна (древесной шерсти) и неорганического вяжущего вещества (цементный фибролит изготавливается по ТУ13-3624004-235-93).

Древесную шерсть получают на специальных станках в виде тонких и узких лент.

В качестве вяжущего используют портландцемент, реже - магнезиальное вяжущее. Древесную шерсть сначала минерализуют раствором хлористого кальция, жидкого стекла или сернистого глинозема с целью нейтрализации органических кислот, а затем смешивают с цементом и водой.

Плиты формуют под давлением 0,5 МПа и направляют для твердения в пропарочные камеры. Затвердевшие плиты сушат до влажности не более 20%.

Магнезиальный фибролит изготавливают без специальной минерализации, поскольку каустический магнезит затворяется водными растворами магнезиальных солей, которые связывают содержащиеся в древесине водорастворимые вещества.

Плиты имеют длину 240 и 300 см, ширину - 60 и 120 см, толщину - 3-15 см.

По плотности плиты делят на марки Ф-300 (теплоизоляционный фибролит), Ф-400 и Ф-500 (теплоизоляционно-конструктивный фибролит) с пределом прочности при изгибе, соответственно, не менее 0,35; 0,6 и 1,0 МПа и теплопроводностью л=0,08 - 0,1 Вт/м ⁰С.

Фибролит относится к трудносгораемым материалам, легко обрабатывается.

Теплоизоляционный фибролит применяют для утепления стен и покрытий; конструкционный - для перегородок, каркасных стен и перекрытий в сухих условиях. Стена из фибролитовых плит толщиной 15 см по термическому сопротивлению эквивалентна кирпичной стене в 2 кирпича.

Целлюлозная вата

Целлюлозная вата или эковата представляет собой рыхлый, очень легкий теплоизоляционный материал, состоящий на 81% из обработанной целлюлозы, на 12% - из антипирена (борной кислоты), и на 7% - из антисептика (буры). Основным исходным сырьем для ее изготовления является макулатура.

Бумажная макулатура подвергается 2-х стадийному измельчению (грубому и тонкому), при этом к волокнам эковаты примешивают точно определенное количество добавок.

Прогрессивным методом укладки эковаты (в промышленных условиях и при больших объемах работ) является метод напыления с использованием компрессорной установки производительностью до 600 кг/час.

Камышит

Камышит (камышитовые плиты) изготавливают из тростника, камыша осенне-зимней рубки. Производство камышита обычно организуют на передвижных установках, оборудованных прессами высокой производительности, на которых осуществляется прессование, прошивка проволокой и торцовка плит.

Средняя плотность камышита, в зависимости от степени прессования, составляет 175 - 250 кг/м³, теплопроводность - л=0,046-0,093 Вт/м °С, предел прочности при изгибе - 0,5 - 1 МПа.

Камышит загнивает при увлажнении, не держит гвозди, способен возгораться, подвержен порче грызунами. Эти недостатки можно уменьшить путем пропитки антисептиками или оштукатуриванием плит. Камышит применяют для заполнения стен каркасных зданий, устройства перегородок, утепления перекрытий и покрытий в малоэтажном строительстве. Один из самых дешевых теплоизоляционных материалов.

Пробковая теплоизоляция

Пробковую теплоизоляцию производят на основе коры пробкового дуба. Это натуральный природный нестареющий материал. В качестве тепловой изоляции, в основном, применяются плиты размером 1000x500 при толщине до 25-50 мм, а также фасонные изделия.

Средняя плотность - 150-200 кг/м³, теплопроводность - л=0,04-0,05 Вт/м° С, температура применения - до 120°С. Относится к группе трудносгораемых материалов.

Выпускают теплоизоляционные пробковые плиты на основе пробковой крупы (ТУ 10-10.754-89) с органическим связующим, а также плиты "Агломерат", или "Экспанзит" (пробковая крупа без добавления связующих прессуется при температуре ~ 300°С. При этом клеящее вещество, содержащееся в пробке, склеивает ее частицы.

Пробковые изделия применяются для тепло- и звукоизоляции строительных конструкций и воздуховодов.

Войлок

Войлок - группа органических теплоизоляционных материалов волокнистого строения под общим названием. Для получения войлока используют синтетические волокна, волокна животного - шерстяные или растительного происхождения.

Наиболее эффективными, с точки зрения теплоизоляционных качеств, являются отходы синтепона (специального утеплителя одежды), шевелин (льняная пакля), строительный войлок (полотнища из скатанной шерсти животных или маты из полиэтиленовой пленки, набитые отходами синтетического меха, нитяных отходов или войлок из синтетических волокон). Средняя плотность таких материалов - 10-80 кг/м³, теплопроводность - л=0,03-0,07 Вт/м °С.

Эти материалы горючи и применяются, главным образом, в деревянном домостроении в сельскохозяйственных постройках для утепления наружных дверей, оконных коробок. Они недороги, при хорошей паро-гидроизоляции достаточно долговечны.

Торфоизоляционные материалы

Торфоизоляционные теплоизоляционные материалы получают из торфа путем формовки и тепловой обработки.

Сырьем для производства торфяных изделий служит слаборазложившийся мох-сфагнум ("белый мох") из верхних слоев торфяников, сохранивший волокнистое строение и не использующийся в качестве топлива и сельскохозяйственного удобрения.

Торф подвергают обработке на зубчатых вальцах (волк-машина). Затем варят в воде при температуре 60-70°С, что способствует разделению торфа на отдельные волокна. После варки масса прессуется в перфорированных формах. После прессования изделия (плиты) подвергаются тепловой обработке при температуре 150-260°С. При тепловой обработке происходит не только испарение влаги, но и выделение из торфа смолистых веществ в коллоидном состоянии, которые склеивают волокна торфа и обеспечивают изделиям механическую прочность.

В зависимости от назначения, торфяные теплоизоляционные изделия могут быть: водостойкими В, трудносгораемыми О, биостойкими Б, комплексными, имеющими два или три из указанных выше свойств (огнебиостойкие, биоводостойкие и т. п.) и обычными.

Материалы из отходов производств

На основе отходов картонного производства отечественной промышленностью выпускаются теплоизоляционные плиты и блоки типа "ТИОР" и "ТИБ" (ТУ 5768-001 -17148830-95, ТУ 5768-002-17148830-95).

Теплопроводность - л=0,046-0,063 Вт/м °С. Средняя плотность - 100-20С кг/м³, Используются плиты и блоки для изоляции строительных конструкций.

Для строительной теплоизоляции используются также плиты из отходов кожевенного производства (ТУ 5768-002-29238136-95, ТУ 5768-004-29238136-95) и плиты на основе резиновой крошки (ТУ 5768-005-29238136-95) с теплопроводностью л=0,05-0,08 Вт/м °С и средней плотностью 200-400 кг/м³.

2.2.2 Теплоизоляционные материалы на основе полимеров

Теплоизоляционные материалы на основе полимеров - это газонаполненные пластмассы - двухфазные системы, состоящие из полимерной матрицы и относительно равномерно диспергированной газовой фазы.

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 МПа. Полужесткие материалы характеризуются промежуточными показателями прочности.

По характеру пористости полимерные теплоизоляционные материалы можно подразделить на:

- ячеистые или пенистые пластмассы (пенопласты), 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.

В зависимости от вида полимера, пенопласты подразделяют на термопластичные, получаемые на основе полимеров с линейными и разветвленными молекулами (пенополистирол, пенополивинилхлорид, пенополипропилен и др.); и термореактивные, получаемые на основе полимеров с пространственной структурой молекул (фенолоформальдегидные, мочевиноформальдегидные, ненасыщенные полиэфиры, эпоксидные, полиуретановые, кремний-органические, фурановые).

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

Температура применения теплоизоляционных материалов на основе полимеров - от -80 до 130°С в зависимости от вида полимера.

Общие и структурные показатели пенопластов из различных полимеров представлены в таблице 8.



Таблица 8

Структурные показатели пенопластов

Полимер	Плотность полимера, г/см3	Средняя плотность пенопласта, кг/м3	Средний диаметр пор, мм	Толщина межпоровых перегородок, мкм
Полистирол Полиэтилен	1,05 1,01	15 - 200 35 - 200	0,92 - 0.2	0,5 - 18
Поливинилхлорид Полиуретан Фенолоформальдегидная смола	1,38 1,2 1,2 - 1,3	50 - 220 50 - 200 20 - 200	0,1 - 0,3 0,1 -2,5 0,2 - 5,0	5,0 - 250 5,0 - 120 1,5 - 300
Карбамидоформальдегидная смола	1.2- 1,3	5-20	-	-

Пенополистирол

Пенополистирол - закрытопористый пенопласт, получаемый из полистирола тремя способами.

Беспрессовым способом - из суспензионного вспенивающегося полистирола с добавкой или без добавки антипирена. Для изготовления применяют бисерный полистирол, содержащий внутри гранул порообразователь (изопентан или пентан), расширяющийся при нагревании и вспенивающий размягченный полимер.

Прессовым методом - из эмульсионного полистирола и газообразователя (ЧХЗ-57, бикарбоната натрия и др.) путем прессования смеси и последующего вспенивания.

Экструзионный методом, разработанным в США. Материал получают путем смешивания гранул полистирола при повышенной температуре и давлении с введением вспенивающего агента и последующим выдавливанием из экструдера. В качестве вспенивающего агента используется смесь легких фреонов с добавлением двуокиси углерода (СО₂). Фреоны, применяемые для производства пенополистирола, относятся к группе озонобезопасных, нетоксичных и негорючих. После изготовления плит в ячейках происходит относительно быстрое замещение остаточного фреона окружающим воздухом.

Пенополистирол может иметь вид гранул размером 5-15 мм или монолитного материала. Гранулы используют в теплоизоляционных засыпках и в качестве лёгкого заполнителя в производстве теплоизоляционных штучных материалов с применением различных связующих.

Температура применения теплоизоляционных материалов на основе полистирола - от -50 до 75°С.

Наиболее известными отечественными производителями пенополистирола являются "КНАУФ Пенопласт" (Колпино), ОАО «Мосстройпластмасс» (Мытищи), ПО "Пеноплекс" (Кириши), ЗАО «Изоборд» (Москва).

Из зарубежных фирм, работающих на рынке России, следует отметить «DOW Chemical» (США), «BASF» (Германия), «IZОСАМ»(Турция).

Пенополиэтилен

Вспененные полиэтилены сочетают в себе тепло-, паро-, гидро- и звукоизоляцию одновременно. Представляют собой упругоэластичные материалы на основе полиэтилена или сэвилена (сополимер этилена с винилацетатом) закрытой пористой структуры.

По технологии производства пенополиэтилены можно разделить на две группы:

- материалы, получаемые методом физического вспенивания, в основе которого лежит использование в расплаве полиэтилена сжиженного газа (фреона, бутана, азота) который при уменьшении давления переходит в газообразное состояние, образуя пузырьки. Благодаря несшитой молекулярной структуре таких пенополиэтиленов, эти газы замещаются воздухом;

- материалы, получаемые методом химического вспенивания, которое происходит в результате химического разложения особого реагента - порофора. В обоих случаях используется экструзионная технология.

Пенополиэтилен может иметь линейную или пространственную (сшитую структуру).

Несшитый относится к вспененным полиэтиленам, имеющим несвязанную молекулярную структуру.

Сшитый пенополиэтилен имеет поперечно-связанную или сетчатую структуру. За счет сшивки молекул увеличиваются такие важнейшие параметры пенополиэтилена, как теплостойкость (рабочий температурный интервал сшитого пенополиэтилена, как правило, на 20 - 30°С выше несшитого), стойкость к органическим растворителям, масло-, нефте-, бензостойкость, большая стойкость к ультрафиолету и атмосферостойкость, а значит, более длительный срок службы самого материала.

Измерения показывают, что более 60% тепловых потерь из здания происходит благодаря тепловому излучению. Вследствие этого, появился совершенно новый класс утеплителей из пенополиэтилена - отражающая изоляция.

Как правило, это тонкий рулонный материал, состоящий из основы (пенополиэтилена) и отражающего слоя. Основной критерий, по которому материал можно отнести к отражающей изоляции, - это коэффициенты теплового и оптического отражения.

Оптическое отражение должно быть не менее 95%, тепловое - не менее 90%. В полной мере этому условию отвечает отражающий слой из тонкой полированной алюминиевой фольги. В качестве отражающего слоя используется также металлизированная лавсановая пленка.

Отражающая изоляция (если отражающий слой направлен внутрь помещения) возвращает тепловое излучение обратно в здание и таким образом сохраняет тепло. Если отражающий слой направлен наружу, то тепловое излучение защищенного здания и, как следствие, тепловые потери, также будут сведены к минимуму за счет низкой излучательной способности отражающей поверхности.

Температура применения теплоизоляционных материалов на основе полиэтилена - от -60 до 80°С (до105°С - для материалов зарубежных производителей).

Пенополипропилен

Пенополипропилен изготавливается путем вспенивания полипропилена с добавлением красителей и различных модификаторов для придания материалу определённых свойств. Технология вспенивания - аналогична технологии вспенивания полиэтилена.

По сравнению с пенополиэтиленом, пенополипропилен значительно лучше противодействует сжимающим и растягивающим усилиям. Реальный температурный режим работы материала достигает + 150°С. Низкая тепловая усадка и высокие механические свойства дают пенополипронилену преимущество при монтаже нагружаемых и нагреваемых конструкций.

Наиболее известными отечественными производителями пенополиэтилена и пенополипропилена являются «Ижевский завод пластмас» (Ижевск), ЗАО «Завод информационных технологий ЛИТ» (Переславль-Залесский), «Стандартпласт» (Иваново), «Уралпластик» (Екатеринбург).

Из зарубежных фирм, работающих на рынке России, следует отметить «Polifoam Ltd Со» (Венгрия), «Bubble and Foam Indastries N.V» (Бельгия) и др.

Пенополивинилхлорид

Поливинилхлорид представляет собой термопластичный полимер, который содержит до 56% связанного хлора, что обеспечивает его пониженную горючесть по сравнению с полистиролом.

Пенопласта на основе поливинилхлорида и его сополимеров можно получать как прессовым, так и беспрессовым методами. В качестве газообразователей обычно используют порофор ЧХЗ-57, углекислый аммоний и бикарбонат натрия.

Прессовым методом производят жесткие пенопласта: ПХВ-1, ПХВ-2. ПХА (по ТУ 6-05-1521-77) и эластичные - ПХВ-Э, а беспрессовым методом -ПВ-1 (жесткий), "Винипор" жесткий и "Винипор" эластичный.

Пенопласта на основе поливинилхлорида в виде плит выпускаются со средней плотностью от 50 до 220 кг/м³.

Теплопроводность л=0,03 - 0,052 Вт/м °С,

Поливинилхлоридные пенопласты применяют в качестве теплоизоляционных вкладышей в стеновых панелях, плитах покрытий, дверях, перегородках.

Температура применения - от -60 до +60°С.

Пенопласты на основе фенолоформальдегидных полимеров

Пенопласты на основе фенолоформальдегидных композиций отличаются повышенными тепло- и огнестойкостью. Они могут быть получены на основе термопластичных (новолачных) и термореактивных (резольных) фенолоформальдегидных полимеров. Наибольшее применение для изготовления пенопластов на основе фенолоформальдегидных полимеров получили два метода: заливочный и беспрессовый.

Заливочным методом по ГОСТ 22546-77 получают пенопласт ФРП-1 и изделия из него, используя жидкую смесь из водорастворимой фенолофор-мальдегидной смолы ФРВ-1А (в состав входит алюминиевая пудра) и кислотного катализатора ВАГ-3 (смесь соляной и ортофосфорной кислот с мочевиной). Сущность метода заключается в дозировании и смешивании компонентов и заливке полученной композиции в форму или полость конструкции.

Композиция вспенивается в результате экзотермической реакции окончательной поликонденсации фенолоформальдегидного форполимера с кислотным катализатором, а также последнего - с алюминиевой пудрой.

Изделия могут изготавливаться с покровным материалом из рулонного стеклопластика РСТ, фольги алюминиевой дублированной на основе стеклоткани, фольгоизола - по ГОСТ 20429-84, бумаги - по ГОСТ 8273-75, картона - по ГОСТ 7933-89.

Для изготовления изделий в виде плит (ГОСТ 20916-87) применяют феноло-формальдегидные смолы ФРВ-400, ФРВ-1А, СФЖ-3016, фенолоспирты марки С, вспенивающие агенты, поверхностно-активные вещества, кислотный катализатор отверждения (ВАГ-3 и другие).

Беспрессовым методом получают пенопласты из новолачных полимеров, молекулы которых имеют линейное или разветвленное строение. Отверждаться они могут лишь в присутствии уротропина, с которым взаимодействуют, образуя полимер пространственной структуры. В состав композиции кроме полимера и уротропина, входят порофор ЧХЗ-57, сера, каучук, алюминиевая пудра и иногда - стекловолокно.

Для получения пенопластов применяют новолачный фенолоформальдегидный полимер № 18, получаемый конденсацией фенола и формальдегида в присутствии соляно- или щавелевокислого катализатора. Он представляет собой твердый хрупкий продукт, хорошо растворяющийся в спирте и ацетоне. Отвердитель - уротропин.

Технологический процесс изготовления изделий включает смешивание компонентов, приготовление композиции; загрузку композиции в форму; вспенивание композиции и отверждение. Беспрессовым методом получают пенопласты марок ФФ, ФК (с добавкой каучука), ФС (с добавкой стекловолокна).

Температура применения теплоизоляционных материалов на основе феноло-формальдегидных полимеров - от -180 до 150° С.

Пенопласты на основе карбамидоформальдегидных полимеров

Пенопласты (поропласты) на основе карбамидо-(мочевино-) формальдегидных полимеров отличаются чрезвычайно низкой средней плотностью (до 20 кг/м³) и наличием большого количества сообщающихся пор. Относятся к группе трудносгораемых материалов.

Для изготовления карбамидоформальдегидных пенопластов применяют заливочный и беспрессовый методы.

Заливочным методом производятся карбамидоформальдегидные пенопласты марок МФП, МФА-3, ПЗК-1 по ТУ 5760-001-16824306-94, ТУ 6-55-18-88, ТУ 2244-001-17998965-96.

Для их изготовления применяют мочевиноформальдегидный полимер МФ-1 (40 - 50%-ный раствор продуктов конденсации мочевины с формальдегидом) и пенообразователь. Для снижения горючести в композицию вводят фосфорнокислый аммоний.

Теплопроводность л=0,032 - 0,041 Вт/м ⁰С.

Беспрессовым методом производится жесткий плиточный пенопласт -мипора.

Для изготовления мипоры используют мочевиноформальдегидные водорастворимые полимеры и пенообразователь.

Средняя плотность мипоры составляет 10-20 кг/м³, теплопроводность л=0,026 - 0,035 Вт/м °С. Температура применения - до 100° С.

Мипора - материал с открытой пористостью и применять его рекомендуется при влажности не более 60%.

Выпускается в виде блоков длиной 950-1100 мм; шириной 440-500 мм; высотой 200-300 мм

Карбамидоформальдегидные пенопласты применяются для изоляции воздухопроводов, изоляции холодильной техники и теплоизоляции строительных конструкций. Целый ряд пенопластов выпускается с собственными названиями.

В настоящее время за рубежом многочисленные торговые фирмы выпускают карбамидные пенопласты с разной кажущейся плотностью и различными физико-механическими свойствами.

Под торговыми названиями известны следующие пенопласты: блочные -флотофоум, канфоаш (Англия), ипорка (ФРГ, Япония); заливочные - изошаум (ФРГ), фоум (Англия), мофотерм (Чехия), вусотерм (Чехия), гризошаум (Швейцария), инсульпрей (Дания), диафон (Япония) и др.

Карбамидные пенопласты с плотностью 5-30 кг/м³ производят фирмы: БАСФ (ФРГ), «Элайд Кемикл Компани», «Инфра-Инсьюлейшн» (США), «Шпумалит» (Швейцария) и др.

Пенополиуретаны

Пенопласты на основе полиуретанов (пенополиуретаны) - один из видов перспективных теплоизоляционных полимерных материалов. Их производство постоянно возрастает, в том числе и для строительства.

Пенополиуретаны получают из полиэфирных смол с концевыми гидроксильными группами, диизоцианата и катализатора.

При получении эластичных пенополиуретанов используют линейные полиэфиры, а для жестких пенополиуретанов применяют разветвленные полиэфиры.

Для снижения горючести в состав полиэфиров вводят хлор. При изготовлении самозатухающего пенополиуретана в композицию вводят фосфорсодержащие вещества.

Жесткие пенополиуретаны марок ППУ-ЗФ (ОСТ3-3218-75), ППУ-307(ОСТ4-023.111-78), ППУ-308Н (ОСТЗ-3712-77) и другие характеризуются средней плотностью от 60 до 200 кг/м³, теплопроводностью л=0,03 - 0,052 Вт/м °С, прочностью при сжатии - от 0,2 до 2,5 МПа.

Пористость этой разновидности пенопластов преимущественно замкнутая, температура применения - от -60 до +170°С.

Теплоизоляция из пенополиуретанов осуществляется заливочным методом и методом напыления.

Жесткие пенополиуретаны стойки к действию бензина, керосина, масел. В процессе эксплуатации пенополиуретаны не выделяют вредных веществ.

Хорошо работают в грунтах. Они нашли довольно широкое распространение в строительстве. Их применяют в качестве теплоизоляционного слоя в легких стеновых панелях, плитах покрытий, тепловой изоляции трубопроводов, холодильных камер, а также в виде теплоизоляционной заливки различных полостей ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Из жестких пенополиуретанов изготавливают фасонные изделия - сегменты теплоизоляционные для изоляции стальных трубопроводов (ТУ 2254-032-21063648-93), скорлупы для изоляции стыков стальных труб с теплоизоляционным слоем (ТУ 5764-002-23085909-94).

В последнее время пенополиуретановое теплоизоляционное покрытие наносится в заводских условиях на трубы и фасонные изделия (ГОСТ 30732-2001), причем, пенополиуретановый слой заключен во внешнюю защитную оболочку из высокопрочного полиэтилена. Такие конструкции особенно эффективны для бесканальной прокладки трубопроводов и теплопроводов.

Эластичные пенополиуретаны выпускаются под марками ППУ-ЭМ-1 эластичный морозостойкий (ОСТ-4-023.109-78), ППУ-ТС-35 эластичный грудносгораемый (ТУ 6-55-49-91), ППУ-ЭО-130 эластичный открытопористый (ТУ 6-55-53-91).

Средняя плотность колеблется в пределах 30 до 50 кг/м³, теплопроводность - не выше 0,032 Вт/(м°С), температура применения - до +100°С, прочность при растяжении не менее 0,12 МПа.

Эластичные пенополиуретаны применяют для утепления полов, герметизации стыков панелей и рам, как прокладочный и амортизационный материал.

Целый ряд пенополиуретанов имеют собственные названия.

Вспененные каучуки

Вспененные синтетические каучуки - один из видов перспективных теплоизоляционных полимерных материалов.

Они производятся экструзионным способом с использованием химических вспенивателей - порофоров.

Благодаря закрытоячеистой структуре, вспененные каучуки имеют низкую теплопроводность и высокое сопротивление паропроницанию: официальный сертификат подтверждает значение м на уровне 19600.

При прочих равных условиях они способствуют наименьшим теплопотерям и, обладая большой гибкостью, обеспечивают высокую технологичность монтажа на системы трубопроводов.

Температура применения теплоизоляционных материалов на основе вспененных каучуков - от -50 до 105° С.

Наиболее широкое распространение в России нашли материалы зарубежных компаний «Armacell» (Германия), «Thermaflex» (Нидерланды), «Wilhelm Kaimann» (Германия) и др.

2.3 Материалы для высокотемпературной теплоизоляции

При производстве тепловой энергии необходимы материалы, длительное время выдерживающие высокие температуры, то есть являющиеся огнеупорными.

По общепринятым представлениям, огнеупорными материалами (огнеупорами) называются материалы, применяемые для постройки различных промышленных печей, топок и аппаратов, работающих в условиях высокотемпературного (выше 1000°) нагрева.

В отличие от других строительных материалов, к огнеупорам предъявляются особые требования.

Температура нагрева в современных промышленных печах и топках колеблется в пределах 1000-1800°С, поэтому огнеупорные материалы должны обладать огнеупорностью, то есть способностью противостоять действию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь.

Все огнеупорные изделия подразделяются по следующим признакам.

По степени огнеупорности - на огнеупорные (от 1580 до 1770°С), высокоогнеупорные (от 1770 до 2000°С), высшей огнеупорности (выше 2000°С).

По форме и размерам - на нормальный кирпич («прямой» и «клиновой») и фасонные изделия (простые, сложные, особо сложные и крупноблочные).

По способу изготовления - на изделия, полученные пластическим формованием (прессованием), полусухим прессованием или трамбованием из порошкообразных непластичных масс, литьем из шликера и расплава, выпиливанием из горных пород.

По характеру термической обработки - на безобжиговые, обожженные и отлитые из расплава.

По характеру их пористости (плотности) - спекшиеся с пористостью менее 1%; плотные с пористостью 10-30%; высокопористые (легковесные) с пористостью более 45%.

Основные типы огнеупоров представлены в таблице 9.

Огнеупорность материала, в первую очередь, определяется его химико-минералогическим составом. Наибольший интерес для высокотемпературной теплоизоляции представляют высокопористые огнеупоры с общей пористостью более 45%.

Таблица 9

Основные типы огнеупоров

Тип	Группа	Массовая доля определяющих химических компонентов, %	Огнеупорность, °С
Кремнеземистые	Динасовые Кварцевые	SiО2 св. 93 SiО2 не менее 85	1690-1750 1650-1680
Алюмосиликатные	Полукислые Шамотные Высокоглино-земистые	А12О3 от 14 до 28 SiО2 от 65 до 85 Аl2О3 от 28 до 45 включ. Аl2О3 св. 45 до 90 включ.	1580-1750 1580-1750 1750-1800
Глиноземистые	Корундовые	А12О3 св. 95	2050
Магнезиальные	Периклазовые и др	MgO не менее 85 с различным содержанием SiО2, A12О3, Сг2О3, СаО	более 2000
Известковые		СаО не менее 85	1600-1800
Хромистые		Сг203 от 60 до 90 и выше	1800-2000
Цирконистые		ZrО2 от 20 до 85 и выше.	более 2000

Пористые легковесы

Изделия, имеющие общую пористость 45 % и более, пониженную среднюю плотность (0,4-1,4 г/см³) и теплопроводность, называют теплоизоляционными, или легковесными.

Легковесные огнеупорные материалы применяют, главным образом, для устройства внутренней или наружной тепловой изоляции промышленных печей, теплопроводов и другого термического оборудования. Более 50% всех выпускаемых изделий используют в черной металлургии, 20% - в машиностроении, остальные - в промышленности строительных материалов, химической и других отраслях.

Изготавливают теплоизоляционные изделия динасовые, шамотные, высокоглиноземистые, корундовые (редко - некоторые другие) по ГОСТ 5040-96 в виде кирпичей нормальных размеров и фасонные - относительно простой формы (главным образом, шамотные). Изделия изготавливают прессованием (полусухим и пластическим способами) и литьем из глин, каолинов, технического глинозема, дистенсиллиманитового концентрата и других видов огнеупорного сырья с введением органических добавок в шихту, выгорающих при обжиге, или соответствующих пено- и газообразователей - в суспензию огнеупорного материала.

Волокнистые легковесы

Большое значение для высокотемпературной теплоизоляции приобрели в последние годы изделия волокнистого строения с низкой теплопроводностью, которые изготавливают в виде плит прямоугольной формы из огнеупорной ваты с различными связующими, а также в виде войлока, картона, матов, рулонного материала.

Технология получения огнеупорных волокон не имеет принципиальных отличий от технологии минеральной ваты. В мировой практике для промышленной тепловой изоляции наиболее широко применяют алюмосиликатные волокна, получаемые методом раздува расплава. К таким волокнам относят «Каовул», «Файберфракс» (США), «Тритон каовул» (Англия), «I-27» (Япония), «Резистекс» (Чехия), муллитокремнеземистое волокно (каолиновая вата) «МКРВ» (Россия).

В качестве связующих при производстве муллитокремнеземистых изделий применяют силикатное (жидкое) стекло, глиноземистый цемент, огнеупорные глины, кремнеорганические связующие.

Размещено на Allbest.ru

...