Исследование свойств монтажных пен (пенополиуретанов монтажных)

В НИИСП по предложению ЗАО “СОЛДИ и Ко” исследовались составы монтажных пен, поставляемые на отечественный рынок строительных изоляционных материалов. В основном это продукция зарубежного производителя (Бельгия, Австрия, Германия, Эстония, Голландия, Франция, США и других государств).


Основное назначение продукции по техническим описаниям на корпусе потребительской упаковке - уплотнение и теплоизоляция оконных и дверных блоков при монтаже; заполнение пустот, зазоров, трещин; герметизация строительных швов; теплоизоляция гофрированных кровельных листов; заделка отверстий вокруг проложенных труб, кабелей; приклеивание отделочных панелей и др.

Проводились сравнительные исследования и испытания гидроизолирующих, герметизирующих, теплоизолирующих свойств монтажных пен.

А также исследовались специальные свойства монтажных пен, характерные только для этого класса изоляционных материалов:
- установление особенностей механизма протекания процессов создания изоляционного слоя;
- исследование структурообразования пенополиуретанов (влияние параметров воздушной среды, влияние технологии нанесения, влияние природы материалов заполняемой полости, влияние конструкции полости);
- установление факторов выполнения качественной изоляции (исследование причин “эффекта вторичной полимеризации”, исследование деформаций в пенопластах зависимости от времени механической обработки заизолированных полостей различных конструкций);
- установление рациональной области применения некоторых марок монтажных пен).

В момент нанесения монтажные пены представляют собой пастообразные быстро отверждающиеся полимерные композиции.

После нанесения материалов в полость строительной конструкции за короткий промежуток времени одновременно происходят сложные химические, физико-химические и физико-механические процессы:
- изменение реологических свойств материалов - увеличение их вязкости, переход от пастообразного до высоковязкого состояния, образование тянущейся нити;
- структурирование и через некоторый период времени потеря подвижности, резкое непрерывное увеличение в объеме, образование замкнуто – ячеистой структуры.
- отверждение материалов, переход от вязко-текучего состояния до твердого, образование жесткого пенопласта, который можно резать, сверлить, шлифовать;
- процесс соединения (склеивания) отверждающейся пенополиуретановой композиции с материалом заполняемой полости.

Как правило, процесс структурирования проходит в несколько стадий, включающих появление газовых пузырьков, их рост и стабилизация по мере протекания процесса полимеризации - отверждения составов монтажных пен.

В зависимости от марки монтажной пены наблюдаются разные по времени три периода структурирования материалов, которые условно можно назвать: период сильного подъема, период умеренного подъема, период медленного подъема.

Период сильного подъема – (составляет ~ 7 – 10 %), период, лимитирующий структуру пенопласта по размерам ячеек, их равномерности, целостности структуры.

Анализ технологических показателей монтажных пен дает возможность еще на этой стадии сделать выводы о стабильности структуры пенопластов (равномерности их структуры, наличие раковин), можно дать сравнительную оценку предполагаемым некоторым физико-механическим свойствам материалов.

Анализ физико-механических свойств установил их большое различие для каждого состава монтажной пены (для некоторых показателей это различие составляет в 2 – 3 раза).

Некоторые составы монтажных пен характеризуются более высоким уровнем прочностных свойств, но при этом имеют неравномерную по 4плотности структуру пенопласта, что в дальнейшем может негативно отразиться на их показателях надежности.

Отдельно следует отметить исследования гидроизоляционных свойств пенополиуретанов. Водостойкость материалов оценивается такими показателями как водопоглощение, сорбционное увлажнение и водонепроницаемость.

Анализ значения показателя водопоглощения установил существенные его различия в зависимости от степени механической обработки. При обрезании материалов после монтажа конструкций окон и дверей с наружной и внутренней стороны, пенопласты имеют недопустимое по нормам водопоглощение. При обрезании материалов с одной стороны, т.е. имеется односторонняя сплошная поверхностная пленка, этот показатель в пределах норм для теплоизоляционных полимерных материалов. А если эту операцию вообще не производить, то некоторые пенополиуретаны имеют достаточно высокий уровень водостойкости (водопоглощение – на уровне гидроизоляционных материалов – 1,0 –1,5 %).

В целом гидроизоляционные свойства монтажных пен следует рассматривать в совокупности значений показателей водопоглощения, сорбционной влажности и водонепроницаемости. Так как строительные изоляционные материалы должны удовлетворять требованиям и высокой гидрозащиты и не должны создавать процессы, приводящие к накоплению и конденсации влаги в конструкции.

Разные составы монтажных пен по-разному реагируют на тот или иной материал заполняемой полости: одни составы не чувствительны к материалам полости, их структура одинаково стабильна, другие резко реагируют на тот или иной материал полости, что проявляется в различии целостности и равномерности структуры пенопласта.

Время готовности к механической обработки пенопластов должен определяться для каждого состава отдельно с учетом конструкции полости и наличия допустимых остаточных деформаций (анизотропных свойств пенопласта).

Выполненные исследования динамики влияния параметров воздушной среды на объемный выход монтажных пен, определение при этом для каждого значения влажности воздуха и температуры плотности пенопластов и коэффициента свободного расширения монтажных пен, установили оптимальные режимы применения каждого состава материалов.

В результате этих исследований разработана методика экспресс – метода определения объемного выхода монтажных пен из потребительской упаковки при интересующих параметрах воздуха.

Таким образом, можно сделать выводы по результатам исследований монтажных пенополиуретанов (монтажных пен):
- монтажные пены очень существенно отличаются друг от друга своими технологическими, физико-механическими, физическими, потребительскими свойствами и таким образом, имеют разную рациональную область применения;
- монтажные пены – это сложные по составу материалы. Отличаются от других изоляционных материалов механизмом создания изоляционного слоя, имеют свои непростые технологические особенности при применении, влияющие на надежность заизолированной конструкции.

Низкая теплопроводность пенополиуретана обусловлена тем, что он представляет собой однородную ячеистую пластмассу, в ячейках которой находится воздух. Превосходны также его прочность, термическая стойкость, лёгкость, сохранение первоначальной формы и стойкость к химическим преппоставларатам. Полиуретан не впитывает влагу, не гниёт и не плесневеет. По этим причинам полиуретан уже давно широко применяется в строительстве.

Благодаря возможности рецептурного изменения свойств пенополиуретанов в широком диапазоне позволяет использовать их для теплоизоляции промышленных и гражданских зданий и помещений, возводимых из железобетонных блоков, кирпича и других материалов, для теплоизоляции и уплотнения оконных и дверных проемов (в строительстве), а также для теплоизоляции трубопроводов различного назначения.

Другим, также интересным направлением применения этой технологии, является утепление и гидроизоляция кровель зданий. Применение пенополиуретана в этом случае дает возможность покрывать кровли любой сложности и формы, создавая покрытие без единого стыка.

Нанесение материала может происходить как на новые конструкции, так и на старые, покрытые металлом, рубероидом или шифером. Демонтажа старого покрытия и подготовительных работ не требуется. Нанесенное покрытие не требует обновления и ремонта в течение всего срока службы здания. Пенополиуретан не поддерживает горение и является трудногорючим материалом.

В сфере строительства наибольшее применение имеют жесткие ППУ. Благодаря уникальным качествам ППУ - т.е. наименьший коэффициент теплопроводности, экологическая безопасность, долговечность, способность к акустической изоляции, антикоррозийная защита, очень малое водопоглощение и, наконец, высокая технологичность переработки, пенополиуретаны в строительстве широко применяются для теплоизоляции: трубопроводов, тепло-водоснабжения, а также криогенных трубопроводов, стен, крыш, подвалов, потолков, мансард, жилых и производственных помещений, саун, бань, при изготовление изотермических, морозильных автофургонов и камер, "сэндвич"-панелей, теплоизоляционных блоков различного назначения; герметизация межпанельных стыков в домах, дверных и оконных коробок. И это далеко не полный перечень возможностей такого уникального материала как ППУ.

Применение пенополиуретана

Трубопроводы
- Теплотрассы
- Паропроводы
- Путепроводы
- Нефте- и мазутоповоды

Оборудование
- Холодильники и холодильные камеры
- Изотермические контейнеры

Здания и сооружения
- Кровли промышленных и жилых зданий
- Сооружения ангарного типа
- Корпуса и переборки судов

Использование пенополиуретана для изоляции крыш нашло широкое применение в странах Западной Европы и США в течение последних 25 лет.

Основная идея и решающее преимущество этого метода состоит в том, что помимо напыления теплоизоляции производится герметизация крыши, тогда как в случае обычной плоской крыши нужно было бы уложить несколько слоев различных материалов, выполняющих различные функции.

В рассматриваемом методе используется только один материал - пенополиуретан, что значительно упрощает строительство крыш. С помощью пенополиуретана, наносимого методом напыления, можно большинство крыш покрыть теплоизоляцией, а при реконструкции крыш теплоизоляцию можно нанести даже без демонтажа последней. Напыляемый материал для крыш представляет собой твердый пенополиуретан. Он получается путем смешивания двух компонентов "А+Б". Компонент "А" представляет собой смесь полиолей, в которой содержатся необходимые добавки, компонентом "Б" является полиизоционат.