Основы производства полимерных теплоизоляционных материалов

Полимерные теплоизоляционные материалы (ПТМ) применяют в виде газонаполненных пластмасс, которые по физической структуре подразделяют на три подгруппы:

• 1. ячеистые или пенистые пластмассы (пенопласты);
• 2. пористые пластмассы (поропласты);
• 3. сотовые пластмассы (сотопласты).

Пенопластами называют материалы с системой изолированных несообщающихся между собой ячеек, содержащих газ или смесь газов и разделенных тонкими стенками. К поропластам относят материалы с системой сообщающихся ячеек или полостей, заполненных газом. Указанное разграничение газонаполненных материалов условно, так как в некоторых случаях ячеистая и пористая структуры образуются одновременно.

Сотопласты имеют регулярно повторяющиеся полости правильной геометрической формы. Такие полости образуются при формовании или литье исходного пластического материала без его вспенивания. Структура сотопластов близка к структуре ячеистых пластиков, отличаясь от нее большими размерами и правильной геометрической формой ячеек.

Производство ПТМ освоено сравнительно недавно. В крупном масштабе эти материалы выпускаются в течение последних 15—20 лет. Сейчас производство их развивается быстрыми темпами и имеет значительную сырьевую базу.

Полимерные теплоизоляционные материалы получают на основе как термопластичных, так и термореактивных полимеров химическим и физическим способами.

Глава 2. Свойства полимерных теплоизоляционных материалов и методы их определения Полимерные теплоизоляционные материалы — новый вид чрезвычайно эффективных теплои звукоизоляционных материалов, обладающих рядом очень ценных для строительства свойств: малым объемным весом, достаточной прочностью, малым водопоглощением и гигроскопичностью, низким коэффициентом теплопроводности и т. д.

По теплоизоляционным свойствам ПТМ превосходят большинство известных материалов. Для получения одинакового термического сопротивления толщина изоляционного слоя составляет (в см): гранит, базальт, мрамор — 250; песчаник, известняк— 150; железобетон — 130; плотный бетон—100; пустотелый кирпич — 50; пемзобетон—40; древесина — 20; пенополистирол—1,5.

Жесткие и эластичные пенопласты малопроницаемы для звуковых колебаний. При использовании их для звукоизоляции следует иметь в виду, что благодаря тонкой сплошной пленке полимера на их поверхности они способны не поглощать, а отражать звуковые волны. Если эту пленку удалить, звукопоглощающие свойства пенопластов повышаются.

Наибольшей способностью к звукопоглощению обладают пористые материалы: их открытая система пор благоприятствует созданию «звукового лабиринта». Материалы с закрытыми порами, как правило, обладают невысокой звукопоглощающей способностью, но практически звуконепроницаемы.

Глава 3. Пенопласты на основе полистирола Технологическая схема производства пенопласта ПС-4 аналогична рассмотренной выше. Параметры производственных режимов прессования приведены в табл. 11.

Отпрессованные заготовки вспенивают при 100—105°С в среде насыщенного водяного пара.

Пенопласт ПС-4 выпускают в виде прямоугольных плит размером до 1500X1500 мм, толщиной не менее 50 мм. Плиты пенопласта легко поддаются обработке и склеиваются друг с другом, с металлами и другими материалами. В зависимости от количества газообразователя можно получать пенопласт ПС-4 объемным весом от 30 до 80 кг/м³.

Пенопласт ПС-4 изготовляют в соответствии с СТУ 9−92−61 «Пенопласт плиточный марки ПС-4» и ТУ М-678−56 «Пенопласт термоизоляционный марки ПС-4».

Пенопласт ПС-2 изготовляют по следующей рецептуре (в вес. ч.): эмульсионный полистирол 100, порофор ДАБ 5−7. Температура прессования исходной смеси 155—165°С; удельное давление 150 кгс/см². Отпрессованные заготовки (вспенивают в среде насыщенного водяного пара или воздуха .при 110—130°С.

В зависимости от содержания газообразователя можно получить пенопласты с объемным весом от 100 кг/м³ и выше (рис. 29). Пенопласт можно выпускать в виде плит, легко поддающихся обработке и склеиванию друг с другом, с металлами и другими материалами, или другой формы. Пенопласт ПС-2 окрашен в оранжевый цвет вследствие наличия окрашенных остатков продуктов разложения газообразователя.

Пенопласт ПС-18 можно изготовить на основе эмульсионного полистирола (100 вес. ч.) и порофора 18 (5 вес. ч.). Температура прессования — 160—170°С при удельном давлении 150 кгс/см². Заготовки вспенивают в среде насыщенного водяного пара при 100—105°С.

Пенопласт ПС-18 можно выпускать в виде плит и формованных изделий. В зависимости от количества газообразователя объемный вес ПС-18 составляет 30 кг/м3 и выше. Структура материала мелкоячеистая и равномерная. ПС-18 обладает специфическим запахом, обусловленным продуктами разложения норофора.

Глава 4. Пенопласты на основе поливинилхлорида Поливинилхлорид представляет собой термопластичный полимер, который может содержать до 56,8% связанного хлора, что обеспечивает его пониженную горючесть по сравнению с полистиролом. Это свойство сохраняется и у вспененного поливинилхлорида. Кроме того, в отличие от полистирола, поливинилхлорид способен пластифицироваться при помощи различных пластификаторов, что позволяет получить на его основе пенопласта различной упругости — от жестких до эластичных.

Пенопласты на основе поливинилхлорида и его сополимеров можно получать как прессовым, так и беспрессовым методами.

Беспрессовым методом изготовляют жесткие пенопласты марок ПВ-1 и «винипор жесткий» и эластичный — «эластичный винипор». В сочетании поливинилхлорида с толуилендиизоцианатом, малеиновым ангидридом и другими компонентами — непонзовинил.

Поливинилхлорид, благодаря полярности молекул, большим силам межмолекулярного сцепления и высокой температуре размягчения, весьма близкой к температуре разложения, имеет худшую по сравнению с полистиролом эластическую деформацию при повышенных температурах. Поэтому в состав композиций, особенно при получении жестких пенопластов прессовым методом, необходимо вводить мономеры, повышающие текучесть поливинилхлорида в первой стадии прессования. Обычно для этого используют метилметакрилат.

Производство пенополиуретанов впервые было организовано в 1941 г. [24]; с тех пор оно неуклонно развивается и совершенствуется. В настоящее время пенополиуретаны заняли ведущее место среди полимерных теплоизоляционных материалов. Это объясняется простотой их изготовления, возможностью изготовления на месте производства работ, хорошими физико-механическими и теплоизоляционными свойствами. Кроме того, можно варьировать свойства конечного продукта из пенополиуретана путем изменения количественного и качественного состава сырьевой композиции при его производстве. Используя различное сырье и регулируя степень сшивания, можно получить пенопласты от жестких до эластичных, с открытыми и закрытыми порами в широком диапазоне объемных весов и прочностных показателей. Используя соответствующее сырье или вводя различные добавки, можно также регулировать горючесть материала, т. е. получать трудновоспламеняемые или даже трудносгораемые пенопласты.

Пенополиуретаны получают беспрессовым методом в результате взаимодействия диизоцианатов с полиэфирами в присутствии соответствующих катализаторов, воды, эмульгаторов и других добавок.

Диизоцианаты. Выбор диизоцианата для получения пенополиуретана обусловливается его реакционной способностью, температурой его плавления, доступностью и стоимостью, токсичностью [42].