Характеристики и свойства пенополиуретана — теплопроводность, толщина слоя ППУ, срок службы
Благодаря своим отменным техническим характеристикам и длительному сроку службы ППУ считается эталоном среди утеплителей и широко используется для обработки самых разных поверхностей – от стен и кровли домов до трубопроводов и промышленных емкостей. Рассмотрим основные преимущества пенополиуретана.
Теплопроводность и гигроскопичность
Пенополиуретан, по сравнению с такими популярными утеплителями, как минеральная вата и пенопласт, обладает самым низким коэффициентом теплопроводности — 0,025 Вт/м*К. У ближайшего «конкурента» — минеральной ваты — этот коэффициент выше — 0,052 Вт/м*К. При этом ППУ обладает закрытой пористостью, а следовательно, в массу утеплителя не проникает вода, не теряются рабочие свойства материала.
Легкость в нанесении ППУ
Пенополиуретан не нуждается в крепежных элементах за счет того, что ППУ имеет высокую адгезионную прочность, т.
е. «прилипает» к любой поверхности, заполняя собой поры, полости и трещины. В таком случае возможность скопления конденсата и образования «мостиков холода» исключена. Фактические тепловые потери ППУ в 1.7 раза ниже нормативных (СниП 2.04.14-88 Энергосбережение, №1,1999 г.).
Утеплители из ППУ могут быть изготовлены разными способами — как напылением, так и с использованием пресс-форм (например, изготовление «скорлупок» для утепления трубопроводов, сэндвич-панелей и т.д.).
Толщина пенополиуретанового покрытия — обычно от 3 до 7 см. За одну смену одна бригада рабочих в состоянии нанести от 200 до 400 кв.м. ППУ. Бригада, работающая с минеральной ватой, уложит максимум 100 кв.м.
Также в пользу ППУ говорит то, что составляющие материала хранятся отдельно друг от друга, а смешиваются они непосредственно перед началом работ. Из 5 кубометров смеси получается 100 кубометров ППУ, а следовательно, снижаются расходы на хранение и транспорт.
Срок службы
Одно из самых главных свойств ППУ — долговечность. Данные лабораторных исследований на ускоренное старение показывают, что время службы пенополиуретана — не менее 30 лет. В том случае, если ППУ напрямую не контактирует с окружающей средой, этот срок увеличивается вдвое, до 60 лет. Например, завод-холодильник в Лондоне, построенный с использованием ППУ в 1968 г., успешно функционирует до сих пор. Жизненная практика показывает, что во всех случаях неудовлетворительного «поведения» пенополиуретана виновато либо низкое качество изделия, либо нарушение условий эксплуатации, например, температура выше 100 градусов по Цельсию, или постоянный контакт с жидкостью или газом под высоким давлением.
Безопасность
В отношении безопасности использования ППУ также «на высоте» — пенополиуретан в процессе эксплуатации не выделяет токсичных веществ, а также практически не горюч.
Утеплитель ППУ: характеристики, преимущества, свойства пенополиуретана
Пенополиуретан (ППУ) успешно конкурирует с другими современными материалами для тепло-, паро- и звукоизоляции.
В строительстве чаще используется разновидность ППУ с закрытой ячеистой структурой, так называемый жёсткий пенополиуретан. Именно этот утеплитель наделён теми свойствами, которые так важны при устройстве изоляции жилых, коммерческих, производственных объектов, и увеличивает их эксплуатационную жизнь.
Формы выпуска пенополиуретана
Существуют следующие формы выпуска ППУ:
- Поролон – листовой материал
- Жесткий ППУ – листы, плиты, скорлупы
- Жидкий ППУ – напыляемое покрытие
В зависимости от формы выпуска материала меняются и его свойства и сферы применения.
Характеристики ППУ мягкого (поролона)
ППУ в форме поролона имеет разную плотность и жесткость (от 15 до 35 кг/м3), которые определяют маркировку материала. В таблице приведены основные характеристики:
| Маркировка | Жесткость | Максимальная нагрузка кг/см2 |
| ST | Стандартный | 60-100 |
| HL | Жесткий | 80-120 |
| HS | Мягкий | 60-120 |
| EL | Повышенная жесткость | 60-100 |
| HR | Высокоэластичный | 100-120 |
| CMHR | Высокоэластичный, пожаробезопасный Специального назначения | 100-120 |
Характеристики пенополиуретана жесткого
Рассмотрим основные технические характеристики жёсткого утеплителя ППУ и его реакцию на агрессивные среды:
| Характеристика | Значение |
| Горючесть | Г2-Г4 |
| Теплопроводность, Вт/м*К | 0. 019 – 0.028 |
| Влагопоглощение | 1- 3% от объема |
| Количество закрытых пор | 85-95% |
| Плотность, кг/м3 | 25-750 |
| Разрушающее напряжение, МПа | при сжатии 0,15 – 1,0, при изгибе 0,35 – 1,9 |
| Фактическая теплопотеря | в 1,7 раз ниже норматива по СниП 2.04.14-88 |
| Экологическая безопасность | разрешено использовать в жилых зданиях |
| Температура производства работ, °С | +5 – +30 |
| Эффективный срок службы, лет | 20-25 |
| Реакция на морскую воду | стоек |
| Реакция на мыльную пену | стоек |
| Реакция на бензин, керосин, бензол, ксилол | стоек |
| Реакция на спирт, этилацетат, ацетон | набухает |
| Реакция на соляную кислоту (концентрат) | набухает |
Свойства пенополиуретана
Безусловно, ключевой фактор, определивший популярность ППУ в строительстве, – это теплопроводность: её значение у пенополиуретана самое низкое среди всех известных изоляторов.
Исключение составляет, разве что вакуумная изоляция, но из-за дороговизны и сложной технологии устройства, такая теплоизоляция очень редко применяется.
Другим важным свойством ППУ является отличное сцепление практически с любым материалом, который используется в современном строительстве. Этот изолятор
Расход пенополиуретана для разных типов поверхности:
Один из факторов, которые следует учесть при расчёте расхода ППУ, это тип поверхности. Разные материалы имеют разную структуру и степень адгезии. Например, при изолировании поверхности из древесины расход пенополиуретана на квадратный метр будет меньше, чем на бетон.
Подробней о расходе ППУ узнайте здесь >>>
Не упустим и такую характеристику ППУ, как биологическая устойчивость. Полиолы и полиизоцианаты – основные компоненты пенополиуретана – не представляют интереса для разного рода вредителей, таких как грызуны, насекомые.
Материал не поддерживает развитие грибков, устойчив к процессу гниения, а его жёсткая структура отлично выдерживает натиск корней растений.
Преимущества утеплителя ППУ
Подведём итог и обозначим ключевые достоинства и свойства пенополиуретана, как изоляционного материала:
- самый низкий коэффициент теплопроводности;
- бесшовное напыление исключает возникновение мостиков холода;
- лёгкий вес;
- отличная адгезия к большинству материалов и на поверхности любой формы, не требуется фиксация крепежом;
- выступает в качестве антикоррозийной защиты металлоконструкций;
- инертность в отношении температурных колебаний, атмосферных осадков, агрессивной промышленной среды, процесса гниения;
- ППУ утеплитель – экологически безопасный материал;
- подходит для изготовления формованных теплоизоляционных плит, сэндвич-панелей, блоков для трубопроводов и др.
Консультация специалиста по ППУ теплоизоляции
Поможем в подборе и расчете объема компонентов пенополиуретана с учетом характеристик и свойств утеплителя в заданной среде, дадим рекомендации по использованию утпелителя.
Согласен с обработкой данных
Пользовательское соглашение
Полиуретан: свойства, обработка и применение
Полиуретаны представляют собой большой класс полимеров, которые можно адаптировать для широкого спектра применений, внося значительный вклад в строительство, автомобильную и электротехническую отрасли.
Полиуретан более широко известен как жидкие покрытия и краски, но его применение также может варьироваться от мягких эластичных пеноматериалов до жесткой изоляции. Такой широкий спектр применения возможен, поскольку существуют как термопластичные, так и термореактивные полиуретаны.
Первоначально полиуретан был синтезирован в качестве заменителя натурального каучука во время Второй мировой войны. Вскоре после этого универсальность этого нового полимера и его способность заменять дефицитные материалы привели к многочисленным применениям. В настоящее время на эту группу полимеров приходится 7,7% европейского спроса на пластик, уступая товарным полимерам полиэтилену, полипропилену и ПВХ [1].
Здесь вы узнаете:
- Структура и свойства полиуретана
- Производство и переработка полиуретана
- Применение полиуретана
- Товарные сорта полиуретана
Рисунок 1 . Полиуретановые кубики.
Свойства полиуретана
Полиуретан получают в результате реакции полимеризации между диолами (или полиолов: спиртов с двумя или более реакционноспособными гидроксильными группами –OH) и диизоцианатами (или 9-изоцианатами более реакционноспособный изоцианат – группы NCO). В результате получается молекула, связанная уретановыми (COONH) связями.
Рис. 2. Полиуретановая структура [2].
Существует несколько вариантов молекул спирта и соответствующих молекул изоцианата, каждая комбинация которых дает новый полиуретановый материал с новыми свойствами.
Свойства полиуретанов варьируются в зависимости от структуры этой полимерной основы и могут быть адаптированы для обеспечения высокой прочности и жесткости или высокой гибкости и ударной вязкости.
Термопластичный полиуретан по сравнению с термореактивным полиуретаном
Выбранная молекула полиола оказывает большое влияние на свойства и степень сшивания полиуретанового продукта. В частности, можно выбрать количество гидроксильных групп на молекулу, а также размер и гибкость углеводородной цепи, чтобы настроить механические свойства полученного полиуретанового материала.
Если диол реагирует с диизоцианатом, он образует линейный термопластичный полимер.
Если спирт имеет более двух гидроксильных групп, это приведет к образованию жесткой, сшитой термореактивной молекулы.
Таблица 1. Свойства термопластичного полиуретана .
Производство и переработка полиуретана
Учитывая, что полиуретаны образуются в результате реакции между диолами и диизоцианатами, производственный процесс можно разделить на три части:
- Производство диолов
- Производство изоцианатов
- Производство полиуретана из этих компонентов.
Полиол, используемый в производстве полиуретанов, обычно представляет собой простой полиэфир (в 90% полиуретанов) или сложный полиэфир с концевыми гидроксильными группами. Кроме того, существует много ароматических и алифатических полиизоцианатов; однако наиболее важные из них, толуолдиизоцианат (ТДИ) и метилендифенилдиизоцианат (МДИ), способствуют производству около 95% всех полиуретанов [3]. TDI обычно используется в производстве мягких, гибких пенопластов для амортизации, тогда как MDI используется в производстве более универсальных жестких полиуретанов.
Если диол реагирует либо с ТДИ, либо с МДИ, в результате реакции конденсационной полимеризации образуется линейный термопластичный полимер. Если спирт имеет более двух гидроксильных групп, это приведет к образованию жесткой, сшитой термореактивной молекулы.
Для улучшения определенных свойств в смесь обычно добавляют добавки, такие как сшивающие агенты, удлинители цепи, пенообразователи, поверхностно-активные вещества, наполнители, пластификаторы, пигменты и антипирены.
Вспенивающие агенты будут создавать пенополиуретан, а поверхностно-активные вещества будут контролировать образование пузырьков и, следовательно, образование ячеек пены. Наполнители повышают жесткость, пластификаторы уменьшают твердость, а пигменты добавляют материалу цвет.
Рис. 3. Отпечаток руки на матрасе из пенополиуретана с эффектом памяти после испытания на прессование.
Пенополиуретан
Два жидких реагента объединяются, образуя твердый полимер, который может быть эластичным или жестким. Это твердое вещество, однако, может также содержать пузырьки, что делает его ячеистым вспененным материалом. Эти пузырьки могут быть образованы химически или физически. Химическая продувка может быть достигнута путем добавления воды к полиолу, который, в свою очередь, реагирует с изоцианатами с образованием пузырьков углекислого газа. В качестве альтернативы физическое продувание достигается путем добавления вещества с относительно низкой температурой кипения, такого как пентан.
По мере протекания экзотермической реакции полимеризации пентан нагревается и испаряется в виде пузырьков.
Эта процедура может управляться в зависимости от используемого приложения. Например, подошва обуви может быть «раздута» в два раза, а подушки — в 30–40 раз. В некоторых пенах низкой плотности для амортизации и изоляции только 3% от общего объема состоит из твердого полиуретана [3].
Применение полиуретана
Поскольку для производства полиуретана доступно такое большое количество полиизоцианатов и полиолов, можно производить широкий спектр материалов для удовлетворения потребностей конкретных применений. Его относительно легкий вес и универсальность делают его оптимальным материалом для строительства, автомобилестроения, морского судоходства и даже одежды [4].
Рисунок 4. Использование полиуретанов (воспроизведено с рисунка 1 в [3])
Гибкий пенополиуретан
Гибкий пенополиуретан легкий, прочный, поддерживающий и удобный.
Он обычно используется для амортизации постельных принадлежностей, мебели, автомобильных интерьеров, подложки для ковров и упаковки. Это составляет 30% рынка полиуретанов из-за их товарного использования [5].
Жесткий пенополиуретан
Жесткий пенополиуретан является наиболее экономичным и энергоэффективным изоляционным материалом, значительно снижающим затраты на электроэнергию. При использовании для изоляции крыш и стен, утепления окон и дверей помогает поддерживать равномерную температуру и снижает уровень шума. Жесткий пенополиуретан также широко используется в качестве теплоизоляции в холодильниках и морозильных камерах.
Покрытия, клеи, герметики и эластомеры
Полиуретановые покрытия могут улучшить внешний вид продукта и увеличить срок его службы. Полиуретановое покрытие можно использовать для придания блеска поверхности объекта, предлагая относительно лучшие свойства, чем традиционные лаки, шеллаки и лаковые покрытия. Втираемая полиуретановая или полиуретановая краска обычно представляет собой полиуретановое покрытие на масляной основе, наносимое на деревянные или бетонные поверхности для придания цвета и повышения долговечности, поскольку обычно оно слишком густое для распыления.
Однако полиуретан на водной основе становится все более популярным, поскольку он менее токсичен и требует меньше времени для высыхания, чем его аналог на масляной основе [6].
Полиуретановые клеи обеспечивают прочное склеивание, особенно вскоре после их изготовления, а полиуретановые герметики обеспечивают более плотную герметизацию, чем традиционные аналоги. Полиуретановым эластомерам можно придать любую требуемую форму, они легче металла, обеспечивают повышенную устойчивость к нагрузкам и очень устойчивы к воздействию окружающей среды.
Рисунок 5. Полиуретановые материалы различных форм и форм.
[1] Пластмассы – Факты 2018 , PlasticsEurope [Онлайн].
[2] Полиуретаны , База данных полимеров [онлайн].
[3] Полиуретаны , Основная химическая промышленность [онлайн].
[4] Как производится полиуретан , Американский химический совет [онлайн].
[5] Применение полиуретана , Американский химический совет [онлайн].
[6] Разница между полиуретаном и лаком , Разница между [онлайн].
Свойства пенополиуретана – технические услуги по пеноматериалам
Дункана Геддеса
Пенополиуретаны(PU) известны своей превосходной эластичностью и универсальностью, что делает их идеальным выбором для использования в строительной и автомобильной промышленности. Эта статья призвана раскрыть еще больше о физических свойствах пенополиуретана и установить, как эти характеристики помогли сделать этот тип пены таким популярным выбором.
Полиэстер по сравнению с полиэфиром
Существует два основных типа пены, производных от семейства полиуретанов; полиэстер и полиэфир. Чтобы понять свойства пенополиуретана, необходимо сначала провести четкое различие между ними.
Первым типом гибкого пенополиуретана, который был разработан в начале 1950-х годов, был полиэфирный пенопласт. С разработкой полиолов на основе простого полиэфира в конце 1950-х годов началось производство вспененных полиэфиров с более широким диапазоном свойств.
Хотя оба являются признанными типами пенополиуретана, существуют различия в их физических характеристиках, которые определяют их пригодность для различных применений.
Физические свойства пенополиуретана
Упругость
Возможно, наиболее очевидным различием между полиэфирными и полиэфирными пенами является более низкая эластичность полиэфирных пен. Эта разница в упругости привела к тому, что полиэфирные пенопласты отдают предпочтение в качестве амортизирующих материалов, особенно в обивке и постельных принадлежностях.
В целом, по сравнению с пенополиэфирами пенополиэфиры имеют более высокую прочность на растяжение, относительное удлинение при разрыве и твердость. В результате полиэфирные пены обладают хорошей стойкостью к истиранию, поэтому они используются в полировальных пенах. Их более низкая эластичность и более высокое поглощение энергии также делают их более подходящими для использования в упаковочных целях.
Устойчивость к растворителям
Пенополиуретаны известны своей устойчивостью к широкому спектру растворителей.
Вспененные полиэфиры, как правило, превосходят вспененные полиэфиры в этом отношении, особенно в их стойкости к растворителям для химической чистки. По этой причине области применения гибкого полиэфирного пенопласта включают производство пенопластов для текстильных ламинатов, где их превосходная стойкость к растворителям для химической чистки, огнестойкость и свойства удлинения делают их предпочтительным продуктом.
Пенополиуретаны также подвержены разложению водными кислотами, щелочами и паром. Эфирные, амидные и уретановые группы представляют собой участки для гидролитической атаки. Поскольку эфирная группа не подвергается легкому воздействию, пенополиэфиры обычно более устойчивы к гидролизу, чем пенополиэфиры.
Антибактериальная защита
Было обнаружено, что пенополиуретаны показывают хорошие результаты в исследованиях роста грибков и микробов по сравнению с другими полимерами. Бактерии с трудом прикрепляются к поверхности полимера, что затрудняет их рост.
По этой причине они используются в медицинских и гигиенических целях.
Полиэфирные полиуретаны легче разлагаются микробами, чем полиэфирные полиуретаны, из-за восприимчивости сложноэфирной группы к гидролизу, который катализируется большим количеством микробных ферментов. Доступны несколько антимикробных добавок, которые можно вводить в пенополиуретан на стадии производства для улучшения его антимикробных свойств.
Пожелтение и обесцвечивание
Воздействие УФ-излучения может вызвать обесцвечивание как полиэфирных, так и полиэфирных пенопластов – степень пожелтения зависит от интенсивности излучения. Полиэфирные пенопласты желтеют быстрее, чем полиэфирные пенопласты, хотя пожелтение не оказывает существенного влияния на физические свойства любого типа пенопласта.
Оба типа пены производятся с использованием диизоцианатов ароматического типа. Нежелтеющая пена может быть получена с использованием алифатических изоцианатов, хотя они значительно дороже, чем обычно используемые типы.
Низкая огнестойкость
Как и многие другие материалы органического типа, эластичные пенополиуретаны легко воспламеняются от небольших источников воспламенения из-за их низкой плотности и большой площади поверхности.
Стойкость пенополиуретанов к воспламенению может быть улучшена добавлением антипиренов на стадии производства или последующей обработкой полимерными латексами, содержащими антипиреновые добавки. Методы последующей обработки обычно используются, когда пена должна соответствовать строгим требованиям воспламеняемости, например, строительным нормам. В целом, однако, рекомендуется выбирать более огнезащитную пену, если пожаробезопасность занимает одно из первых мест в вашем списке необходимых свойств.
Как определяются свойства пенополиуретана?
Характеристики гибкого пенополиуретана в основном определяются исходными материалами и рецептурами, используемыми при их производстве. Коммерческие пенополиуретаны номинально производятся в диапазоне плотности от 15 до 80 кг/м3.