Elastická polyuretanová pěna – typy a vlastnosti | StroyFAQ

Výběr účinného tepelně izolačního materiálu není možný bez zohlednění základních i technických vlastností specifických pro každý typ. Spolu s termofyzikálními vlastnostmi má velký význam schopnost izolace propouštět vodní páru. Nízká tepelná vodivost v kombinaci s optimální paropropustností umožňuje použití polyuretanové pěny pro izolaci obytných budov, veřejných budov, průmyslových objektů, jakož i hlukové a hydroizolační izolace široké škály stavebních konstrukcí.

Co je paropropustnost izolace

Ze školního kurzu fyziky víme, že atmosféra vždy obsahuje určité množství vody v plynném skupenství – vodní páru.

Tlak vodní páry přímo závisí na parametrech vzduchu. Se zvyšující se teplotou okolí se zvyšuje parciální tlak vodní páry. V zimě je venku zima, ale v domě je mnohem tepleji, takže tlak par uvnitř místnosti je mnohem vyšší než venku. Tlakový rozdíl určuje tendenci vodních par opouštět dům do oblasti s nižšími hodnotami – v zimě se pára pohybuje z místnosti ven a v létě má naopak tendenci unikat z místnosti. ulice do budovy.

Schopnost stavebních materiálů pod vlivem tlakových rozdílů na opačných stranách procházet nebo zadržovat vodní páru obsaženou ve vzduchu se nazývá paropropustnost. Vyjadřuje se součinitelem paropropustnosti nebo hodnotou odporu proti paropropustnosti při působení vodní páry.

Koeficient propustnosti páry (μ), měřený v mg/(m h Pa), ukazuje, kolik miligramů vodní páry projde 1 metrem materiálu za jednotku času při rozdílu tlaků 1 Pa. Čím nižší je hodnota tohoto ukazatele, tím lepší jsou parotěsné vlastnosti materiálu. Izolační materiály s vysokou paropropustností, které se běžně nazývají „prodyšné“, snadno propouštějí atmosférickou vlhkost.

Tepelná vodivost izolace

Nejdůležitější charakteristikou tepelné izolace, která určuje celkovou energetickou účinnost materiálu, je tepelná vodivost – schopnost vést teplo.

Podle definice přijaté v SNiP je koeficient tepelné vodivosti (λ) množství tepla přeneseného za jednotku času na jednotku povrchu s teplotním gradientem (změnou teploty) rovným jednotce. Jednotkou měření je W/(m K).

Tento ukazatel zohledňuje množství tepla, které materiál předává neustále, a ne v krátkém časovém období.

Existuje několik typů koeficientu tepelné vodivosti:

• λ10 – suchý materiál při 10 °C;
• λ25 – suchý materiál při 25 °C;
• λA – při 25 °C a vlhkosti 2 %;
• λB – při 25°C a vlhkosti 5%.

Ve středním Rusku se tloušťka izolace vypočítává pomocí ukazatele λB. Pomocí tohoto parametru je také provedeno porovnání tepelné účinnosti různých typů tepelných izolací, které zohledňuje energetickou účinnost izolace při provozu v nepříznivých podmínkách.

Jak tyto vlastnosti ovlivňují kvalitu izolace?

Jednou z povinných etap při výstavbě nebo rekonstrukci bytových domů, průmyslových objektů a rozvodů vytápění je provádění tepelně izolačních opatření. Účinnost izolace závisí především na souladu technických vlastností použité izolace s provozními podmínkami. Je třeba vzít v úvahu vlhkost, možnou expozici páře, přítomnost kritických teplotních změn a také analyzovat klady a zápory nejvhodnějších izolačních parametrů.

Hlavní vlastnosti, které určují kvalitu izolační vrstvy, jsou tepelná vodivost a paropropustnost materiálu.

Vedení tepla jako proces je přenos tepelné energie z předmětu na předmět až do okamžiku tepelné rovnováhy, vyrovnání teploty. Při zateplování domu je důležitá rychlost reakce – čím déle „vyrovnání teplot“ probíhá, tím méně se konstrukce ochlazuje.

Tepelná vodivost izolace závisí na:

• strukturální vlastnosti;
• hustota;
• tloušťka materiálu.

Součinitel tepelné vodivosti je přímo úměrný schopnosti vést teplo – čím větší je schopnost izolace propouštět tepelnou energii přes sebe, tím vyšší je hodnota tohoto parametru, tedy čím nižší je tepelná vodivost izolace, tím je účinnější to je.

S indikátorem paropropustnosti není vše tak jednoduché. Na jedné straně schopnost tepelného izolantu „dýchat“ podporuje přirozenou výměnu vzduchu a vytváření příznivého mikroklimatu v místnosti. Pokud je však koeficient paropropustnosti příliš vysoký, materiál bude intenzivně absorbovat vlhkost, bobtná a časem ztrácí své tepelně-izolační vlastnosti. Plíseň může růst ve vlhkém prostředí.

Parovodivost a tepelná izolace polyuretanové pěny

V důsledku srovnání moderních tepelně izolačních materiálů můžeme dojít k závěru, že polyuretanová pěna má jeden z nejoptimálnějších ukazatelů tepelné vodivosti a paropropustnosti.

Polyuretanová pěna je porézní plynem plněný polymer.

Tento typ plastu je založen na polyuretanových složkách:

Při smíchání vstupují do reakce syntézy polymeru s uvolňováním oxidu uhličitého, který se vyznačuje nízkou tepelnou vodivostí. Díky procesu tvorby plynu získává polyuretanová pěna vynikající tepelně izolační vlastnosti.

Struktura materiálu je porézní, s izolovanými buňkami. Plyn obsažený uvnitř uzavřených pórů má tepelnou vodivost asi 0,016 W/(m K), což je o 0,010 jednotek méně než vzduch. To je jedna z hlavních výhod polyuretanové pěny ve srovnání s vláknitou a styrenovou izolací. Vlastnosti tepelné vodivosti polyuretanové pěny přímo závisí na její buněčné struktuře.

Polyolová složka v kompozici poskytuje polymerní základ, který se vyznačuje hustotou, tvrdostí, hořlavostí a dalšími charakteristickými vlastnostmi polyuretanové pěny.

Isokyanát – zodpovědný za pěnění kompozice.

Další přísady jsou určeny k úpravě určitých vlastností polymeru. Například retardéry hoření urychlují polymeraci a zvyšují požární odolnost materiálu.

Rychlost chemické reakce, stejně jako proporční poměr složek, určují základní vlastnosti výsledné izolace.

1. Pružný, pružný materiál vyznačující se měkkostí a pružností, ale zároveň vykazující nízkou pevnost v tahu (do této kategorie spadá známá pěnová pryž).
2. Hustá a odolná verze izolace, která je tvrdší, ale také křehčí v ohybu.
3. Tekutý (pěnový) s tuhou strukturou a uzavřenými buňkami z polyuretanové pěny.

Polyuretanová pěna, široce používaná ve stavebnictví, je také polyuretanová pěna, která se však neskládá ze dvou, ale z jedné složky, která ve vzduchu, přicházející do styku s vodní párou a kyslíkem, polymeruje a tvoří otevřené buňky. Odtud zcela odlišné fyzikální a technické ukazatele.

Každý typ polyuretanové pěny má své vlastní provozní vlastnosti a rozsah použití.

Hlavní technické ukazatele na příkladu polyuretanové pěny s vysokým obsahem uzavřených buněk (až 90 %):

• tepelná vodivost – 0,017–0,035 W/(m K);
• hustota – 40–120 kg/m³;
• paropropustnost – 0,05–0,07 mg/(m h Pa);
• absorpce vody – až 3% za den;
• pevnost v tlaku – 0,18 N/mm²;
• pevnost v ohybu – 0,59 N/mm²;
• provozní teplota – od -150 do +220 ℃;
• životnost – 30–50 let.

Technologie výroby a složení surovin určují typ izolátoru z polyuretanové pěny:

• Měkké (otevřená buňka)

Tento typ polyuretanové pěny má ve srovnání s uzavřenou buňkou vyšší koeficient tepelné vodivosti, proto se tento materiál často používá spíše pro účinnou zvukovou izolaci než pro izolaci.

Chcete-li jako izolaci použít měkkou polyuretanovou pěnu, musíte si vybrat výrobky o tloušťce nejméně 15–20 cm a je také povinné instalovat parotěsnou zábranu zevnitř místnosti a ochranu proti větru zvenčí. Polyuretanová pěna s otevřenými buňkami se bojí vlhkosti a aktivně ji absorbuje, čímž ztrácí energetickou účinnost.

Má hustotu 10–15 kg/m³. Používá se pro podkroví, stěnové stropy a vnitřní stěny domu. Jedná se o prodyšný materiál s vysokou paropropustností.

Nalévání PU pěny vypadá jako tvrdá houba, ve které zamrzly vzduchové bubliny. Od stříkaného se liší postupným pěněním (do 20 sekund).

Tato polyuretanová pěna s uzavřenými buňkami má nejnižší koeficient tepelné vodivosti (při hustotě 50-60 kg/m³), takže materiál účinně zadržuje teplo. Kromě toho se polyuretanová pěna vyznačuje dobrou přilnavostí k jakémukoli povrchu – sklu, kovu, dřevu, cihle.

Izolace s uzavřenou buněčnou strukturou a vysokou hustotou se používá téměř všude, protože má vysokou tepelnou a hlukovou izolaci – tepelná vodivost se pohybuje mezi 0,019 a 0,035 W/(m K). Používají se k izolaci vnějších stěn domů, lázní a skladů.

Pevná polyuretanová pěna se vyrábí v několika formách. Na rovných plochách se používají plechy a desky, k izolaci potrubí se používají pláště válcového tvaru.

Izolace z PU pěny se prodává v tekutém stavu (v sudech, v předem naplněných lahvích) nebo ve vytvrzeném stavu (desky, bloky, pláště potrubí).

Mezi výhody polyuretanové pěny patří:

• vysoké tepelně izolační vlastnosti – izolace má jeden z nejlepších ukazatelů tepelné vodivosti;
• trvanlivost – životnost minimálně 30 let;
• dobrá přilnavost k většině stavebních materiálů;
• žádné švy – izolace je nastříkána na souvislý koberec, což eliminuje vzhled studených mostů;
• šetrnost k životnímu prostředí materiálu – po dokončení polymerace se polyuretanová pěna stává zcela bezpečnou pro člověka a životní prostředí, protože neobsahuje žádné těkavé složky;
• požární odolnost – materiál nepodporuje proces hoření a je schopen samozhášení;
• nízká hmotnost, která nevytváří vážné zatížení stavební konstrukce;
• Možnost aplikace na nejsložitější geometrické povrchy;
• minimální úroveň absorpce vody;
• chemická inertnost vůči téměř všem látkám používaným v domácnosti;
• biologická stabilita – nepůsobí jako médium pro množení mikroorganismů;
• široký rozsah provozních teplot – od -160 do +150 ⁰С;
• všestrannost – izolaci lze použít vně i uvnitř budovy.

Mezi nevýhody je třeba poznamenat:

• intenzivní ničení pod vlivem ultrafialového záření, což znamená ochranu izolace v otevřených prostorách;
• komplexní technologie, která znemožňuje izolovat polyuretanovou pěnu vlastními rukama;
• nemožnost konstrukce větrací mezery, která vyžaduje složité inženýrské výpočty tloušťky stříkané vrstvy – potřebné k odstranění rosného bodu z povrchu stěny;
• nutnost použití speciálního vybavení;
• nutnost důsledného dodržování pokynů pro izolaci – odchylka od technologie vede ke zhoršení tepelně izolačních vlastností izolace.

Nízká paropropustnost a hydroizolační vlastnosti bloků z tuhé polyuretanové pěny umožňují jejich použití v téměř všech stavebních pracích:

• tepelná izolace vnějších stěn domu, balkonu, podkroví, střechy;
• akustická izolace zevnitř i zvenčí budov a konstrukcí (hangáry, dílny, sklady);
• hydroizolace a izolace základů.

Polyuretanová pěna tohoto typu se používá v budovách s vysokou úrovní vlhkosti (vany, sauny, bazény). Materiál odolává i mechanickému namáhání, proto je vhodný pro zateplení fasád a základů.

Nedostatečná paropropustnost způsobuje problémy při izolaci dřevěných stěn a plynem plněných bloků zvenčí, protože izolační vrstva posouvá rosný bod z tloušťky stěny na její povrch. Uvnitř za mrazivého dne je vlhkost několikrát vyšší. Proto molekuly páry mají tendenci jít ven. Neexistuje žádný volný vývod – brání tomu PPU. V důsledku toho se na spoji izolace se stěnou tvoří kondenzát. Dřevo se rozkládá, pěnové a plynové bloky jsou zničeny vytvořenými ledovými krystaly. Při zateplování stěn zevnitř díky nízké paropropustnosti izolace takový problém není – vlhkému vzduchu z místnosti je zabráněno v přístupu k rosnému bodu a suchý mrazivý vzduch nestačí ke vzniku kondenzace.

Při nástřiku dvousložkové polyuretanové pěny při chemické reakci kompozice postupně nabývá na objemu. Na vnější straně domu se vytvoří hustá bezešvá vrstva, která nevyžaduje další membránu nebo ochranu proti větru. Je však nutné buď vytvořit překážku pro únik páry zevnitř, nebo zajistit větrání uvnitř konstrukce stěny. V tomto případě zvolte polyuretanovou pěnu s vyšší paropropustností, než je ta u základny.

Existují tři skupiny stříkaných materiálů:

1. Nízká hustota (28-32 kg/m³).

Paropropustnost takové izolace se blíží propustnosti masivního dřeva – 0,05 mg/(m·h·Pa). Vhodné pro stěny, stropy a neobytné střechy.

1. Střední hustota (32-40 kg/m³).

Na rozdíl od prvního vzorku zde proces rozpínání pracovní hmoty probíhá pomaleji.

1. Vysoká hustota (40-80 kg/m³).

Tento typ polyuretanové pěny lépe zvládá mechanické zatížení. Prodyšnost se nemění, ale tepelná vodivost je vyšší – 0,03-0,04 W/(m K). Je povolena izolace podlah a stávajících střech.

Podle technických charakteristik stačí nanést kompozici ve vrstvě 2-3 cm, ale v praxi se to odůvodňuje posunem rosného bodu směrem k izolaci. S rostoucí tloušťkou je riziko kondenzace mezi pěnou a podkladem minimalizováno, protože páry snadno procházejí vrstvou porézního polymeru.

Elastická (také měkká nebo flexibilní) polyuretanová pěna je plynem plněný polymer, nejlépe známý jako běžná pěnová guma, široce používaný jako výplň do čalouněného nábytku, ale existují i méně známé varianty, jako je síťovaná, používaná ve filtrech, a integrální, ze které se vyrábějí relativně měkké prvky interiérů automobilů.

Pěnová guma byla zpočátku označena pouze pro polyuretanovou pěnu, kterou vyráběla norská společnost Porolon; v SSSR se tento název používal i pro jiné značky elastické polyuretanové pěny.

Odrůdy

• Nábytek (ST, EL, HL, S, SH)— Polyuretanová pěna známá jako „pěnová guma“ pro výrobu nábytku a matrací.
  • Umělý latex(HR) — vysoce elastická polyuretanová pěna. Vyznačuje se elasticitou, schopností vracet se k původnímu tvaru, zvýšenou odolností proti opotřebení a provzdušněním.
  • Viskoelastický(VE, LR) — „pamatuje si“ tvar, používá se v lékařství a při výrobě matrací.
  • CMHR – nehořlavé s vysokou elasticitou.

  Nábytková pěnová pryž

  Nejběžnější typ polyuretanové pěny, který se rozšířil v 60. letech minulého století. Používá se jako měkké potahy a výplně v každodenním životě a průmyslu, jako umělé mycí houby, materiál pro malířské válečky a vložky do oděvů, tlumicí obaly.

  Typická hustota nábytkové pěny je od 5 do 40 kg/m³.

  

  Nejnovější vývoj umožnil získat různé podtypy elastické polyuretanové pěny:

  • HR umělý latex Svými vlastnostmi se blíží přírodní houbě. Vyznačuje se elasticitou, schopností vracet se do původního tvaru, zvýšenou odolností proti opotřebení a prodyšností. Vysoce elastické vlastnosti oceňují výrobci ortopedických výrobků.
  • VE, LR PU pěna s paměťovým efektemPomalu obnovuje původní geometrické rozměry. Takový materiál se vyznačuje „nulovou“ nebo „viskózní“ elasticitou.
  • CMHROhnivzdorné s vysokou elasticitou.

  

  Při výběru flexibilní polyuretanové pěny k řešení určitých problémů je třeba věnovat pozornost označení týkajícímu se tuhosti konečného produktu:

  • ST — používá se při výrobě nábytku k čalounění opěradel a područek;
  • EL — hlavní spotřebitel používá modifikovaný polyuretan k výrobě matrací, sedacích a lehací části (zvládne malé dynamické zatížení);
  • HR – má dobrou elasticitu, což je důležité pro výrobu ortopedických výrobků.
  • tuhost;
  • hustota;
  • síla;
  • elasticita;
  • velikost buňky;
  • koeficient podpory.

  Tabulka hustoty a tvrdosti

  Označit	Úroveň tvrdosti	Maximální zatížení, kg/cm2
  ST	Standardní	z 60 101 na
  HL	Těžké	z 80 121 na
  HS	Мяккий	Od 60 po 121
  EL	Zvýšená tuhost	Od 60 po 101
  HR	Vysoce elastické	Od 100 po 121

  Mřížkovaný

  Polyuretanová pěna s modifikovanou strukturou ve speciálních reaktorech s využitím metody vakuové exploze. Výsledkem je materiál s otevřenou pórovitou strukturou, který snadno propouští proudění vzduchu. Hlavní výhodou materiálu je jeho nízký odpor a vysoká prachotěsnost. Používá se jako filtrační prvek pro různé kapaliny a plyny (včetně klimatizací, vodovodních systémů, vysavačů, akvarijních filtrů).

  

  Odolnost materiálu vůči chemikáliím umožňuje jeho použití i jako výplň do palivových nádrží, aby se zabránilo rozlití kapalin uvnitř v automobilovém a leteckém průmyslu.

  Integrální polyuretanová pěna

  Relativně měkký materiál monolitické struktury, jehož povrch má hustší konzistenci (170 +/- 10 kg/m3) podobnou „kůře“. Používá se hlavně v automobilovém průmyslu k výrobě volantů, přístrojových panelů, loketních opěrek, prvků interiérového obložení. Používá se také při výrobě sportovního vybavení a zdravotnických prostředků.

  

  Akustický

  Pomáhá vytvářet potřebné akustické podmínky v různých místnostech, včetně profesionálních studií. Tento materiál vibruje pod vlivem zvukových vln a absorbuje část jejich energie.

  Používá se jako tlumič zvuku v interiéru i uvnitř krytů akustických reproduktorů.

  

  Nevýhody pěnové gumy

  • Obsahuje toxickou sloučeninu toluendiisokyanát.
  • Pěnová guma je hygroskopická. Absorbuje pachy a dlouho je uchovává.
  • Má omezený teplotní rozsah.
  • Krátká životnost ve srovnání s tuhými typy polyuretanové pěny.
  • Nebezpečné pro oheň. Materiál je vysoce hořlavý, proto podle GOST patří do skupiny vysoce hořlavých, vysoce hořlavých a toxických látek při spalování s vysokým stupněm tvorby kouře.

  Oblasti použití podle hustoty

  • 16–20 kg/m3 je vhodných pro balení a čalounění povrchů; životnost nábytku vyrobeného z tohoto materiálu nepřesáhne šest měsíců;
  • 21 – 23 kg/m3 je dobrý obalový materiál, vhodný pro čalounění nenosných částí nábytku;
  • Nejčastěji používanou nábytkovou pěnou na sedáky a opěradla pohovek je 24–30 kg/m3, která vydrží zátěž 70–80 kg po dobu 4 let;
  • Pro tvrdé sedačky a podnože pohovek, stejně jako pro matrace se zlepšeným polstrováním, se používá 30–40 kg/m3.

  Nebezpečí ohně

  Největší nevýhodou pěnové gumy je její nebezpečí požáru. Podle GOST 30244 je tedy klasifikována jako G4 – vysoce hořlavá, podle GOST 30402 – B3 – snadno hořlavá; podle GOST 12.1.044 – D3 – s vysokou schopností tvořit kouř a T4 – extrémně toxická při hoření. Zavedení zpomalovačů hoření do složení výchozích složek pěnové gumy (PUF) během výroby za účelem zvýšení požární odolnosti materiálu vede k prudkému zhoršení jeho fyzikálně-mechanických vlastností a ke zvýšení nákladů. První vzorky PUF měly relativně krátkou životnost a postupně se rozkládaly na vzduchu. S rozvojem chemie stabilizátorů byla tato nevýhoda do jisté míry překonána.

  

  Šetrné k životnímu prostředí

  Samotná výroba polyuretanové pěny je považována za bezpečnou pro zdraví, ale její výroba je nebezpečná a škodlivá, protože složení výchozích složek obsahuje vysoce toxickou sloučeninu – toluendiisokyanát a její výroba vyžaduje: polyol, isokyanát (zejména TDI nebo MDI), katalyzátory, stabilizátory pěny a vodu. Některé z těchto složek jsou po odpaření toxické, ale vlivem vlhkosti a vzduchu se rozkládají na neškodné složky.