Свойства пенопласта как утеплителя в сравнении: Срок службы утеплителей таблица, характеристики, описание достоинств и недостатков

Содержание

Свойства пенопласта как утеплителя в сравнении

Пенопласт как утеплитель — его преимущество и сфера применения

Из всех имеющихся в их арсенале теплоизоляционных материалов, строители чаще всего выбирают пенопласт. Как утеплитель пенопласт применяют уже довольно долгое время для термоизоляции как крупных строительных объектов, так и при индивидуальном строительстве.

Многие считают, что это один из лучших материалов для теплоизоляции домов и других помещений. Практически у каждого материала имеются свои плюсы и минусы, рассмотрев их, мы поймем, действительно ли пенопласт самый лучший вариант для утепления помещений.

Характеристики пенопласта как утеплителя

Пенопласт представляет собой вспененные массы. Плиты пенопласта отличаются своим низким весом, так как внутри в основном он заполнен воздухом. Сырье, из которого состоит пенопласт, имеет даже большую плотность, чем исходный материал. Основной объем пенопласта состоит из неподвижного воздуха, который является хорошим теплоизолятором.

Достоинства пенопласта как утеплителя

1. По гигиеническим заключениям производителей и в соответствии с государственным стандартом пенопласт, является экологически чистым материалом. Он безвреден для человека, так как не выделяет в воздух токсичных веществ.

2. Кроме того, этот материал практически не имеет срока годности, так как не подвергается атаке микроорганизмов и не разлагается. Он обладает малой теплопроводностью и отличается высокими пароизоляционными свойствами.

3. Пенопласт пожаробезопасен и огнестоек. При изменении температуры в помещениях, он не меняет своих физических и химических свойств. Пенопласт высокого качества содержит в себе антипирен, обладающий свойствами самозатухания, вследствие, чего он не поддерживает горения.

4. Вес этого материала очень низок, а это дополнительный плюс, так как не утяжеляет строение и не влияет на усадку фундамента.

5. Нужно отметить, что это недорогой материал, легко монтирующийся в строение, и очень долговечный.

Недостатки пенопласта

При всех положительных свойствах пенопласта, он имеет и ряд недостатков.

1. Пенопласт обладает низкой механической прочностью, в связи с чем, необходимо создание ему дополнительной защиты.

2. Кроме того, он способен разрушаться при попадании на него нитрокрасок или лакокрасочных материалов с таким составом.

3. К недостаткам пенопласта относится невозможность его пропускать воздух.

4. Он может быть подвержен атаке грызунов, поэтому нужно покрывать его прочным слоем штукатурки.

Утепление стен пенопластом

Пенопласт, является хорошим утеплителем для стен. Производят утепление стен пенопластом, как внутри, так и снаружи. Но чаще всего производят утепление именно снаружи. При утеплении снаружи удается переместить наибольшую точку промерзания к внешней стороне стены, тем самым не позволяя холоду проникать в помещение.

Производить внутреннее утепление стен, которые выходят на улицу не правильно. Дело в том, что стена, которая выходит наружу, должна прогреваться, благодаря внутреннему отоплению. При укладке пенопласта на внутреннюю поверхность стены, произойдет утепление стены с двух сторон, то есть стена не только будет утеплена снаружи, но и произойдет ее теплоизоляция с внутренней стороны помещения, что будет препятствовать ее обогреву при помощи отопления.

В итоге произойдет смещение » точки росы» внутрь стены, либо эта точка окажется между стеной и слоем пенопласта. В этих местах будет скапливаться влага и пропитывать стену, кроме того эта влага может замерзать в морозы, то есть это все приведет к нарушению теплообмена, и постепенно будет происходить разрушение стен.

Поэтому лучшим вариантом, будет утепление стен снаружи, но обязательно нужно будет сверху пенопласт отделать слоем прочной штукатурки. Пенопласт не обладает повышенной механической прочностью, поэтому укрепление стен обязательно необходимо, для долговечности строения.


Утепление стен снаружи пенопластом. Фото lpinists.com.ua

Утепление пола пенопластом

Теплоизоляция пола, также выполняется, с помощью плит пенопласта. Применение пенопласта для утепления полов, является очень эффективным методом, позволяющим сохранить теплыми полы и снизить шум при ходьбе по полу или при передвижении мебели. В данном случае используются для теплоизоляции пола плиты пенопласта, имеющие толщину до 50 мм. Они укладываются на слой материала с изолирующими свойствами. Далее герметично обрабатываются швы, и уже потом, все заливается стяжкой.


Утепление пола пенопластом. Фото — epsfoamprodotcom.sharepoint.com

Теплоизоляция крыши

При теплоизоляции крыш в домах и зданиях различного назначения, используются два способа: невентилируемая (теплая крыша) и вентилируемая (холодная) крыша. В первом случае, при создании невентилируемой (теплой) крыши, всю крышу покрывают плитами пенопласта толщиной 70 мм, а сверху заливают битумным слоем. При использовании второго метода, плиты пенопласта устанавливаются на тыльной стороне крыши, и остается вентилируемая поверхность, для предотвращения образования водяных паров. Очень важно правильно выполнить теплоизоляцию крыш на чердаке.

Теплоизоляция фундамента

Утепление фундамента пенопластом требует усиленной защиты, поскольку происходит не только давление грунта, но и увеличивается нагрузка на пенопласт зимой во время пучения грунта, а это происходит во время замерзания. Необходимо прочное укрепление, для этого производят кирпичную кладку или выполняют заливку бетоном.


Утепление фундамента пенопластом. Фото — plaforamaconstruye.com

Теплоизоляция инженерных систем

Пенопласт стали очень часто использовать для теплоизоляции инженерных систем. Например, для теплоизоляции водопроводных и канализационных труб во время зимнего замерзания, применение пенопласта будет просто незаменимым, так как максимально поможет избежать катастрофы поломки труб в зиму. Также используют пенопласт для теплоизоляции водопроводов холодного водоснабжения. Теплоизолируют пенопластом и вентиляционные каналы, телефонные линии и заглубленные каналы.

Свойства и характеристики пенопласта

Характеристики пенопласта позволяют определить степень его эффективности, как утеплителя, при определенных условиях. Этот материал имеет свои плюсы и минусы, поэтому его используют выборочно. Но такие свойства пенопласта, как теплопроводность, длительный срок службы и сравнительно хорошая паропроницаемость делают его довольно популярным, несмотря на появление более новых аналогов.

Структура и сферы применения

Свои характеристики пенопласт приобретает благодаря особому строению. Это гранулированный материал, в основе которого полистирол. Он содержит до 98% воздуха, тогда как объем плотной структуры не превышает 2%. Применение сухого пара с целью обработки гранул обеспечивает основные свойства: низкую плотность пенопласта и малый вес.

Листы формуются после тщательной просушки основного материала. Такая технология производства придает и другие качества пенопласту: невысокий коэффициент теплопроводности, что делает его популярным утеплителем; низкая степень прочности листа. Последний из факторов может повлиять на срок службы изделия. Применяют утеплитель данного вида в разных областях: строительная отрасль; пищевая промышленность (упаковка), радиоэлектроника, судостроение.

Обзор технических характеристик

Существуют разные марки пенопласта, каждая из которых имеет собственный набор свойств и параметров. На основании этой информации следует делать выбор.

Показатель коэффициента теплопроводности

Замкнутые ячейки представляют структуру пенопласта, благодаря чему утеплитель данного вида приобретает способность задерживать тепло в помещении. Коэффициент теплопроводности составляет: от 0,033 до 0,037 Вт/(м*К).

За счет низкой теплопроводности утеплителя обеспечивается высокая степень энергосбережения.

Эффективным считается утеплитель, значение данного параметра которого составляет не более 0,05 Вт/(м*К). Существуют и более действенные материалы, однако, средние характеристики пенопласта позволяют успешно применять его до сих пор.

Звукоизоляционные качества, защита от ветра

Наилучшим для защиты от посторонних шумов является материал, который имеет следующие технические характеристики: низкую теплопроводность и одновременно с тем способность пропускать воздух. Под эти критерии подходит пористый пенопласт. Это означает, что утеплитель данного вида отлично справляется с задачей по защите объекта от шума.

Причем, чем значительнее толщина листа, тем лучше звукоизоляционные качества материала. Если нужно обеспечить защиту объекта от ветра, то пенопласт успешно решит и эту проблему, так как состоит из множества закрытых ячеек.

Влагопоглощение

Способность утеплителя данного вида поглощать воду довольно низкая, что позволяет считать его негигроскопичным. Показатель влагопоглощения при постоянном контакте с водой на протяжении суток соответствует 1%.

Материал равнодушен к воздействию влаги и практически ее не впитывает.

Это несколько больше, чем у пеноплекса (0,4%), но и меньше, чем у большинства некоторых других аналогов, например, минваты. Благодаря низкой гигроскопичности срок службы пенопласта значительно продлевается, так как снижается риск образования плесени или грибка.

Температурный режим

Рассматриваемый утеплитель не меняет своих свойств при существенном повышении температуры (до 90 градусов). Низкие значения также не оказывают пагубного влияния на материал данного вида, поэтому его задействуют, в частности, при теплоизоляции наружных стен. Но во время укладки с применением клеящего состава рекомендуется соблюдать температурный режим: не ниже +5 и не более +30 градусов.

Влияние внешних факторов

К таковым относят: перепады температур, ветровая нагрузка, дожди, снега и любой механический источник давления. Прочность листа пенопласта невысока под воздействием последнего из рассмотренных факторов.

Благодаря своим теплоизоляционным характеристикам пенопласт получил широкое распространение при утеплении стен, кровли, потолка, балконов.

Это обусловлено малым весом и крупноячеистой структурой. Причем толщина материала практически не меняет ситуацию. Если сравнить его с пеноплексом, данный вариант отличается высокими прочностными характеристиками.

Степень устойчивости к химическим веществам и микроорганизмам

При контакте с рядом веществ свойства пенопласта не меняются, к таковым относятся: соляные растворы, щелочь, кислота, гипс, известь, битум, цементный раствор, некоторые виды лакокрасочных материалов (на основе силиконов и водорастворимые составы). Нужно избегать контакта утеплителя на основе полистирола с такими веществами: растворители, ацетон, скипидар, бензин, керосин, мазут.

Учитывая низкую гигроскопичность и закрытую структуру материала, пенопласт не обеспечивает подходящие условия для размножения вредоносных микроорганизмов.

Пожаробезопасность

Утеплитель относится к быстровоспламеняющимся материалам (категория горючести Г3 и Г4), однако, время его горения при условии устранения источника возгорания не превышает 3 сек.

Если выбрали утеплитель пенопласт, знайте, он плохо противостоит горенью

Будет заблуждением считать такой материал полностью безопасным, но все же его часто используют, что обусловлено выделением меньшего количества энергии при горении, а также самопроизвольным затуханием.

Свойства

Габариты листа, в частности, его толщина, а также плотность являются одними из главных показателей, на основании которых делается выбор материала.

Основные характеристики и свойства утеплителя

Плотность

Данный параметр представляет собой соотношение веса к объему, соответственно, единицы измерения – кг/куб. м. Чем более высокой является плотность пенопласта, тем он будет тяжелее. А вес изделия – один из факторов, формирующих стоимость изделия. Соответственно, чем больше плотность и вес, тем дороже будет стоить утеплитель.

Пенопласт имеет 4 марки плотности: М15, М25, М35, М50. Выше марка — больше плотность, больше плотность — выше теплоизоляция.

Если рассматривать влияние данного параметра на показатель теплопроводности, то прямой связи не наблюдается. Основа пенопласта – воздухонаполненные закрытые ячейки. Повышение плотности может лишь незначительно изменить показатель теплопроводности (на десятые доли) из-за уплотнения гранул. В целом же общая структура материала остается неизменной, а значит, не меняется и его способность удерживать тепло.

Существуют разные марки утеплителя на основе полистирола: с обозначением 15, 25, 35 и 50. Значения соответствуют толщине листа. Дополнительно могут указываться некоторые буквы: А, Н, Ф, Р, Б, С, что определяет способ изготовления или специфические свойства.

Габариты

Стандартные размеры пенопласта:

Толщина утеплителя варьируется в пределах от 10 до 100 мм с определенным шагом: 10 мм; 20 мм; 30 мм; 40 мм; 50 мм и 100 мм. Чем больше значение данного параметра, тем дороже он обойдется. На прочностные характеристики толщина не влияет, если только не рассматривается материал с высокой плотностью.

Плюсы и минусы

Недостатков у листов полистирола немного: низкая прочность на изгиб; разрушение при контакте с некоторыми видами красок и агрессивных составов; недостаточно высокий показатель паропроницаемости, хоть и выше, чем у пеноплекса.

  • Низкая цена;
  • Длительный срок службы;
  • Небольшой вес;
  • Незначительный уровень гигроскопичности;
  • Устойчивость к высокой и низкой температуре;
  • Несложный монтаж и простота обработки;
  • Устойчивость к образованию грибка;
  • Низкий коэффициент теплопроводности.

Плюсы и минусы пенопласта, сравнение с другими утеплителями

Все эти положительные качества обеспечивают технические характеристики утеплителя, а также его свойства. Срок службы рассматриваемого материала хоть и длительный, однако, ниже, чем у аналога – пеноплекса.

По некоторым характеристикам этот утеплитель превосходит другие аналоги, например, минвату. Но есть и существенные недостатки, в частности, неустойчивость к ряду составов, низкая прочность.

Сравнение утеплителей. Таблица теплопроводности

Предисловие. На современном рынке имеется просто огромный выбор материалов, которые отличаются по цене и другим характеристикам. Попробуем сделать сравнение утеплителей по теплопроводности и разобраться в этом разнообразии, чтобы принять взвешенное решение в пользу определенного утеплителя. Рассмотрим, какие параметры важнее при выборе – теплопроводность или другие характеристики.

Основные характеристики утеплителей

Предоставим для начала характеристики наиболее популярных теплоизоляционных материалов, на которые в первую очередь стоит обратить свое внимание при выборе. Сравнение утеплителей по теплопроводности следует производить только на основе назначения материалов и условий в помещении (влажность, наличие открытого огня и т.д.). Мы расположили далее в порядке значимости основные характеристики утеплителей.

Сравнение строительных материалов

Теплопроводность. Чем ниже данный показатель, тем меньше требуется слой теплоизоляции, а значит, сократятся и расходы на утепление.

Влагопроницаемость. Меньшая проницаемость материала парами влаги снижает при эксплуатации негативное воздействие на утеплитель.

Пожаробезопасность. Теплоизоляция не должна гореть и выделять ядовитые газы, особенно при утеплении котельной или печной трубы.

Долговечность. Чем больше срок эксплуатации, тем дешевле он вам обойдется при эксплуатации, так как не потребует частой замены.

Экологичность. Материал должен быть безопасным для человека и окружающей природы.

Сравнение утеплителей по теплопроводности

Экономичность. Материал должен быть доступным для широкого круга потребителей и иметь оптимальное соотношение по цене/качеству.

Простота монтажа. Данное свойство для теплоизоляционного материала весьма важно для тех, кто желает самостоятельно делать ремонт.

Толщина и вес материала. Чем будет тоньше и легче утеплитель, тем меньше будет утяжеляться конструкция при монтаже теплоизоляции.

Звукоизоляция. Чем выше показатель звукоизоляции материала, тем лучше будет защита в жилом помещении от постороннего шума с улицы.

Сравнение утеплителей по теплопроводности

Пенополистирол (пенопласт)

Плиты пенополистирола (пенопласта)

Это самый популярный теплоизоляционный материал в России, благодаря своей низкой теплопроводности, невысокой стоимости и легкости монтажа. Пенопласт изготавливается в плитах толщиной от 20 до 150 мм путем вспенивания полистирола и состоит на 99% из воздуха. Материал имеет различную плотность, имеет низкую теплопроводность и устойчив к влажности.

Благодаря своей низкой стоимости пенополистирол имеет большую востребованность среди компаний и частных застройщиков для утепления различных помещений. Но материал достаточно хрупкий и быстро воспламеняется, выделяя токсичные вещества при горении. Из-за этого пенопласт использовать предпочтительнее в нежилых помещениях и при теплоизоляции не нагружаемых конструкций — утепление фасада под штукатурку, стен подвалов и т.д.

Экструдированный пенополистирол

Пеноплэкс (экструдированный пенополистирол)

Экструзия (техноплэкс, пеноплэкс и т.д.) не подвергается воздействию влаги и гниению. Это очень прочный и удобный в использовании материал, который легко режется ножом на нужные размеры. Низкое водопоглощение обеспечивает при высокой влажности минимальное изменение свойств, плиты имеют высокую плотность и сопротивляемость сжатию. Экструдированный пенополистирол пожаробезопасен, долговечен и прост в применении.

Все эти характеристики, наряду с низкой теплопроводностью в сравнении с прочими утеплителями делает плиты техноплэкса, URSA XPS или пеноплэкса идеальным материалом для утепления ленточных фундаментов домов и отмосток. По заверениям производителей лист экструзии толщиной в 50 миллиметров, заменяет по теплопроводности 60 мм пеноблока, при этом материал не пропускает влагу и можно обойтись без дополнительной гидроизоляции.

Минеральная вата

Плиты минеральной ваты Изовер в упаковке

Минвата (например, Изовер, URSA, Техноруф и т.д.) производится из натуральных природных материалов – шлака, горных пород и доломита по специальной технологии. Минеральная вата имеет низкую теплопроводность и абсолютно пожаробезопасна. Выпускается материал в плитах и рулонах различной жесткости. Для горизонтальных плоскостей используются менее плотные маты, для вертикальных конструкций используют жесткие и полужесткие плиты.

Однако, одним из существенных недостатков данного утеплителя, как и базальтовой ваты является низкая влагостойкость, что требует при монтаже минваты устройства дополнительной влаго- и пароизоляции. Специалисты не рекомендуют использовать минеральная вату для утепления влажных помещений – подвалов домов и погребов, для теплоизоляции парилки изнутри в банях и предбанников. Но и здесь ее можно использовать при должной гидроизоляции.

Базальтовая вата

Плиты базальтовой ваты Роквул в упаковке

Данный материал производится расплавлением базальтовых горных пород и раздуве расплавленной массы с добавлением различных компонентов для получения волокнистой структуры с водоотталкивающими свойствами. Материал не воспламеняется, безопасен для здоровья человека, имеет хорошие показатели по теплоизоляции и звукоизоляции помещений. Используется, как для внутренней, так и для наружной теплоизоляции.

При монтаже базальтовой ваты следует использовать средства защиты (перчатки, респиратор и очки) для защиты слизистых оболочек от микрочастиц ваты. Наиболее известная в России марка базальтовой ваты – это материалы под маркой Rockwool. При эксплуатации плиты теплоизоляции не уплотняются и не слеживаются, а значит, прекрасные свойства низкой теплопроводности базальтовой ваты со временем остаются неизменными.

Пенофол, изолон (вспененный полиэтилен)

Пенофол и изолон – это рулонные утеплители толщиной от 2 до 10 мм, состоящие из вспененного полиэтилена. Материал также выпускается со слоем фольги с одной стороны для создания отражающего эффекта. Утеплитель имеет толщину в несколько раз тоньше представленных ранее утеплителей, но при этом сохраняет и отражает до 97% тепловой энергии. Вспененный полиэтилен имеет длительный срок эксплуатации и экологически безопасен.

Изолон и фольгированный пенофол – легкий, тонкий и очень удобный в работе теплоизоляционный материал. Используют рулонный утеплитель для теплоизоляции влажных помещений, например, при утеплении балконов и лоджий в квартирах. Также применение данного утеплителя поможет вам сберечь полезную площадь в помещении, при утеплении внутри. Подробнее об этих материалах читайте в разделе «Органическая теплоизоляция».

Сравнение утеплителей. Таблица теплопроводности

Сравнение пеноблока, минваты и пенопласта по теплопроводности

Представленная выше таблица сравнения теплоизоляции по теплопроводности дает полную картину, о том, какой лучше всего использовать материал. Остается лишь сравнить данные таблицы теплопроводности со стоимостью теплоизоляции у поставщиков. При этом следует точно рассчитать необходимую толщину утепления при использовании различных материалов, чтобы подобрать необходимое количество материала.

Видео. Сравнение утеплителей для труб

Теплопроводность утеплителей — сравнительная таблица

В привычной для населения страны холодной зиме, востребованность теплоизоляционных материалов всегда на высоком уровне. Необходимо учитывать все особенности каждого из утеплителей, чтобы сделать выбор в пользу качественного и целесообразного материала.

Зачем нужна теплоизоляция?

Актуальность теплоизоляции заключается в следующем:

  • Сохранение тепла в зимний период и прохлады в летний период.

Потери тепла сквозь стены обычного многоэтажного жилого дома составляют 30-40%. Для снижения теплопотерь нужны специальные теплоизоляционные материалы. Применение в зимний период электрических обогревателей способствует дополнительному расходу на электроэнергию. Эти расходы выгодней компенсировать использованием качественного теплоизоляционного материала, обеспечивающего сохранение тепла в зимний период и прохладу в летнюю жару. При этом затраты на охлаждение помещения кондиционером также будут сведены к минимуму.

  • Увеличение долговечности конструкций здания.

В случае промышленных зданий с использованием металлического каркаса, утеплитель позволяет защитить поверхность металла от коррозии, являющейся самым пагубным дефектом для данного вида конструкций. А срок службы для здания из кирпича определяется количеством циклов замораживания/оттаивания. Воздействие этих циклов воспринимает утеплитель, ведь точка росы при этом находится в теплоизоляционном материале, а не материале стены.

Такое утепление позволяет увеличить срок службы здания во много раз.

Защита от возрастающего уровня шума достигается при использовании таких шумопоглощающих материалов (толстые матрасы, звукоотражающие стеновые панели).

  • Увеличение полезной площади зданий.

Использование системы теплоизоляции позволяет уменьшить толщину наружных стен, при этом увеличивая внутреннюю площадь здания.

Как правильно выбрать утеплитель?

При выборе утеплителя нужно обращать внимание на: ценовую доступность, сферу применения, мнение экспертов и технические характеристики, являющиеся самым важным критерием.

Основные требования, предъявляемые к теплоизоляционным материалам:

  • Теплопроводность.

Теплопроводность подразумевает под собой способность материала передавать теплоту. Это свойство характеризуется коэффициентом теплопроводности, на основе которого принимают необходимую толщину утеплителя. Теплоизоляционный материал с низким коэффициентом теплопроводности является лучшим выбором.

Также теплопроводность тесно связана с понятиями плотности и толщины утеплителя, поэтому при выборе необходимо обращать внимание и на эти факторы. Теплопроводность одного и того же материала может изменяться в зависимости от плотности.

Под плотностью понимают массу одного кубического метра теплоизоляционного материала. По плотности материалы подразделяются на: особо лёгкие, лёгкие, средние, плотные (жёсткие). К легким относятся пористые материалы, подходящие для утепления стен, перегородок, перекрытий. Плотные утеплители лучше подходят для утепления снаружи.

Чем меньше плотность утеплителя, тем меньше вес, а теплопроводность выше. Это является показателем качества утепления. А небольшой вес способствует удобству монтажа и укладки. В ходе опытных исследований установлено, что утеплитель, имеющий плотность от 8 до 35 кг/м³ лучше всего удерживает тепло и подходят для утепления вертикальных конструкций внутри помещений.

А как зависит теплопроводность от толщины? Существует ошибочное мнение, что утеплитель большой толщины будет лучше удерживать тепло внутри помещения. Это приводит к неоправданным расходам. Слишком большая толщина утеплителя может привести к нарушению естественной вентиляции и в помещении будет слишком душно.

А недостаточная толщина утеплителя приводит к тому, что холод будет проникать через толщу стены и на плоскости стены образуется конденсат, стена будет неотвратимо отсыревать, появится плесень и грибок.

В случае игнорирования расчета может появиться ряд проблем, решение которых потребует больших дополнительных затрат!

Таблица теплопроводности материалов

МатериалТеплопроводность материалов, Вт/м*⸰СПлотность, кг/м³
Пенополиуретан0,02030
0,02940
0,03560
0,04180
Пенополистирол0,03710-11
0,03515-16
0,03716-17
0,03325-27
0,04135-37
Пенополистирол (экструдированный)0,028-0,03428-45
Базальтовая вата0,03930-35
0,03634-38
0,03538-45
0,03540-50
0,03680-90
0,038145
0,038120-190
Эковата0,03235
0,03850
0,0465
0,04170
Изолон0,03133
0,03350
0,03666
0,039100
Пенофол0,037-0,05145
0,038-0,05254
0,038-0,05274
  • Экологичность.

Этот фактор является значимым, особенно в случае утепления жилого дома, так как многие материалы выделяют формальдегид, что влияет на рост раковых опухолей. Поэтому необходимо делать выбор в сторону нетоксичных и биологически нейтральных материалов. С точки зрения экологичности лучшим теплоизоляционным материалом считается каменная вата.

  • Пожарная безопасность.

Материал должен быть негорючим и безопасным. Гореть может любой материал, разница состоит в том, при каком температуре он возгорается. Важным является то, чтобы утеплитель был самозатухающим.

  • Паро- и водонепроницаемость.

Преимущество имеют те материалы, которые обладают водонепроницаемостью, так как впитывание влаги приводит к тому, что эффективность материала становится низкой и полезные характеристики утеплителя через год использования снижаются на 50% и более.

В среднем срок службы изоляционных материалов составляет от 5 до 10-15 лет. Теплоизоляционные материалы, имеющие в составе вату в первые годы службы значительно снижают свою эффективность. Зато пенополиуретан обладает сроком службы свыше 50 лет.

Достоинства и недостатки утеплителей

  1. Пенополиуретан на сегодняшний день самый эффективный утеплитель.

Виды ППУ

Достоинства: бесшовный монтаж пеной, долговечность, лучшая тепло- и гидроизоляция.

Недостатки: дороговизна материала, неустойчивость к УФ-излучению.

  1. Пенополистирол (пенопласт) – востребован для использования в качестве утеплителя для помещений разных типов.

Достоинства: низкая теплопроводность, невысокая стоимость, удобство монтажа, водонепроницаемость.

Недостатки: хрупкость, легкая воспламеняемость, образование конденсата.

  1. Экструдированный пенополистирол – прочный и удобный материал, при необходимости элементов нужного размера легко разрезается ножом.

Достоинства: очень низкая теплопроводность, водонепроницаемость, прочность на сжатие, удобство монтажа, отсутствие плесени и гниения, возможность эксплуатации от -50⸰С до +75⸰С.

Недостатки: намного дороже пенопласта, восприимчивость к органическим растворителям, образование конденсата.

  1. Базальтовая (каменная) вата – минеральная вата, изготавливающаяся на базальтовой основе.

Достоинства: противостояние образованию грибков, звукоизоляция, прочность к механическим воздействиям, огнеупорность, негорючесть.

Недостатки: более высокая стоимость, по сравнению с аналогами.

  1. Эковата – утеплитель, выполненный на основе естественных материалов (волокна дерева и минералы). На сегодняшний день применяется довольно часто.

Достоинства: звукоизоляция, экологичность, влагостойкость, доступная стоимость.

Недостатки: во время эксплуатации повышается теплопроводность, необходимость специального оборудования для монтажа, возможность усадки.

  1. Изолон – современный утеплитель, изготавливаемый путем вспенивания полиэтилена. Является одним из самых востребованных.

Достоинства: низкая теплопроводность, низкая паропроницаемость, высокая шумоизоляция, удобство резки и монтажа, экологичность, гибкость, небольшой вес.

Недостатки: низкая прочность, необходимость устройства вентиляционного зазора.

  1. Пенофол – утеплитель, который отвечает многим требованиям, предъявляемым к качеству утеплителя и утепления различных помещений, а также конструкций и т.д.

Достоинства: экологичность, высокая способность к отражению тепла, высокая шумоизоляция, влагонепроницаемость, негорючесть, удобство перевозки и монтажа, отражение воздействия радиации.

Недостатки: малая жесткость, затрудненность крепления материала, в качестве теплоизоляции одного пенофола недостаточно.

Заключение

Рассмотренные достоинства и недостатки утеплителей позволят выбрать самый подходящий вариант уже на стадии проектирования. При этом учитывать все требования, предъявляемые к теплоизоляционному материалу, в первую очередь теплопроводность.

Что лучше — минвата или пенопласт: отличия и особенности

Из этой статьи вы узнаете:
  1. Какими свойствами обладает минеральная вата и пенопласт
  2. О сроках службы популярных утеплителей
  3. Об особенностях монтажа пенопласта и минваты
  4. Что лучше — минеральная вата или пенопласт для утепления дома
  5. Рекомендации для выбора утеплителя

Для утепления фасадов домов чаще применяется минеральная вата или пенопласт. Эти материалы пользуются популярностью, потому что имеют доступную цену. Но что же все-таки лучше? Чтобы ответить на такой вопрос, в этой статье мы сравним характеристики пенопласта и минваты.

Минвата или пенопласт: сравнение по свойствам, характеристикам

Не менее важно и удобство монтажа, тем более, если планируется выполнять утепление дома своими руками. Что касается стоимости таких утеплителей, то она особо не разнится. Цена может быть разной из-за их различной плотности. Кроме того, если материал произведен более известным изготовителем, то на стоимость влияет еще и степень известности бренда.

Теплопроводность

ВАЖНО! Используя минеральную вату в плитах, плотно ее подгоняя и закрепляя, можно сохранить ее свойство, способствующее защите дома от проникновения холодного воздуха.

Паропроницаемость

Свойство, которое дает возможность понять, как хорошо утеплитель пропускает пар, воздух. Если пропускается пар, то не скапливается влага, не образуется конденсат, материалы не портятся вследствие образования различных микроорганизмов, плесени.

Теплоизолятор, не задерживающий воздух, позволяет стенам «дышать».

У какого материала более высокая паропроницаемость: у минваты или пенопласта? Показатель последнего составляет 0,03 (м*ч*Па), он значительно проигрывает параметрам минеральной ваты. Пенопласт в 10 раз менее паропроницаем, чем его конкурент! И тут важно знать, что если использовать его для утепления деревянного дома, то его стены быстрее разрушаться, чем при использовании минваты вследствие низкой паропроницаемости.

Еще 1 важный момент! Многослойность утепляющего слоя снижает показатели паропроницаемости той же минваты. Нередко при утеплении фасада используется еще и полиэтиленовая пленка. В итоге стены практически перестают «дышать». Начинает скапливаться конденсат. А влага, как уже мы уже поняли, является самым настоящим врагом минваты. Последняя перестает удерживать тепло при намокании.

Горючесть

Некоторые варианты минеральной ваты, которые производятся из волокон базальта, могут выдерживать температуру до 1000 градусов! А пенопласт легко поддается воздействию огня. Хотя в этот материал при изготовлении добавляются антипирены, задерживающие возгорание, но их действие непродолжительно. Пенопласт плавится и начинает гореть.

Срок службы пенопласта и минваты

На сохранение свойств утеплителей влияет немало разных факторов. Если они правильно закреплены и защищены от воздействия атмосферных явлений, а также от грызунов, то срок их службы продлевается на долгие годы. Минеральная вата, на которую будет попадать влага, станет портиться. А пенопласт подвержен воздействию солнечных лучей, ветру. Если провести соответствующие работы по защите того и другого утеплителя, то оба материала прослужат десятки лет.

Об экологичности

В наше время фреон не используется в производстве пенопласта. Поэтому пенопласт обладает повышенной экологической безопасностью. Если же говорить о минеральной вате, то и она имеет немалый показатель указанного параметра. Однако в процессе работы с ней нужно быть максимально аккуратным. При ее монтаже образуются пылевые частицы, способные нанести вред человеку, который занимается креплением минваты. Но при эксплуатации дома, утепленного минеральной ватой, исключается ее способность наносить вред проживающим в нем людям.

Особенности монтажа

Что лучше — пенопласт или минвата, если говорить о работах, связанных с их монтажом? Сравним особенности, связанные с непосредственным креплением материалов, перечислив их.

Пенопласт:

  • Легко режется, что сделать можно аккуратно, но при неверном движении он трескается, ломается, причем в ненужных местах;
  • Прост в транспортировке, из-за небольшого веса его плиты легко монтировать самостоятельно;
  • Для эффективной защиты дома от холода понадобится выполнение дополнительных работ по шпаклеванию швов в местах состыкования плит.

Минеральная вата:

  • Плотно стыкуется, но для этого понадобится построить каркас;
  • Для работы нужна спецэкипировка, чтобы защитить глаза, руки, дыхательные пути человека, который производит ее монтаж;
  • При высокой плотности для резки понадобится ножовка.

Утепление фасадов: что лучше – пенопласт или минвата?

Когда лучше использовать минеральную вату, а когда – пенопласт? Минвату не рекомендуется монтировать там, где она может быть подвержена воздействию влаги. Как правило, речь идет об участках, которые будут иметь контакт с грунтом.

Для утепления фундаментов лучше использовать пенопласт. Ему влага не страшна. Его, кстати, часто используют для строительства многослойных фундаментов. Прокладывают его средним слоем. В итоге получается очень надежный фундамент высокого качества. Также его используют при сооружении домов с монолитным

фундаментом. Плиты пенопласта укладывают на ровную площадку, а сверх заливают бетонным слоем.

Известно, что пенопласт отличным образом подходит для эффективной защиты фундамента от промерзания. Его кладут вдоль него и засыпают. Нередко прокладывается еще и слой гидроизоляции. В этом случае фундаменту не будет страшен даже самый сильный мороз. Что касается стен, то пенопластом лучше утеплять стены из бетонных блоков, кирпича.

И все же внешнее утепление частного дома лучше выполнять именно с применением минеральной ваты, если его владелец предпочитает, чтобы здание смогло в момент пожара максимально противостоять огню. Увы, но пенопласт, как описано выше, быстро начинает плавиться, гореть, чем серьезно проигрывает минеральной вате. Минвату целесообразно использовать при утеплении деревянных домов. Она не задерживает пар, воздух. В результате дерево не будет подвержено разрушению.

Таблица сравнения утеплителей для дома по теплопроводности


Основные характеристики утеплителей

Предоставим для начала характеристики наиболее популярных теплоизоляционных материалов, на которые в первую очередь стоит обратить свое внимание при выборе. Сравнение утеплителей по теплопроводности следует производить только на основе назначения материалов и условий в помещении (влажность, наличие открытого огня и т.д.). Мы расположили далее в порядке значимости основные характеристики утеплителей.

Сравнение строительных материалов

Теплопроводность. Чем ниже данный показатель, тем меньше требуется слой теплоизоляции, а значит, сократятся и расходы на утепление.

Влагопроницаемость. Меньшая проницаемость материала парами влаги снижает при эксплуатации негативное воздействие на утеплитель.

Пожаробезопасность. Теплоизоляция не должна гореть и выделять ядовитые газы, особенно при утеплении котельной или печной трубы.

Долговечность. Чем больше срок эксплуатации, тем дешевле он вам обойдется при эксплуатации, так как не потребует частой замены.

Экологичность. Материал должен быть безопасным для человека и окружающей природы.

Сравнение утеплителей по теплопроводности

Экономичность. Материал должен быть доступным для широкого круга потребителей и иметь оптимальное соотношение по цене/качеству.

Простота монтажа. Данное свойство для теплоизоляционного материала весьма важно для тех, кто желает самостоятельно делать ремонт.

Толщина и вес материала. Чем будет тоньше и легче утеплитель, тем меньше будет утяжеляться конструкция при монтаже теплоизоляции.

Звукоизоляция. Чем выше показатель звукоизоляции материала, тем лучше будет защита в жилом помещении от постороннего шума с улицы.

Область применения минеральной ваты

Вата для утепления обладает незначительным коэффициентом проводимости тепла, поэтому она используется в разных строительных и промышленных областях

Важно подчеркнуть, что именно она является практически незаменимым теплоизолятором, если речь идет о работе с горячими ограждающими элементами, потому что имеет низкий уровень возгораемости

Кроме того, сейчас она активно используется в утеплении фасадов зданий, а также для создания внутренней изоляции в бетонных и железобетонных постройках. Минеральная вата применяется для обустройства систем водоотвода и отопления. В последние несколько лет из-за своей доступности для возведения небольших бань также начал использоваться данный материал.


Сравнительная характеристика утеплителей

Теплопроводность минваты: важные критерии

Теплопроводность – это способность какого-то объекта или предмета пропускать тепловую энергию. Абсолютно все материалы, применяемые сегодня в строительстве (и минераловатный утеплитель не исключение), обладают определенной теплопроводностью, которую можно количественно оценить в виде коэффициента теплопроводности.

Специалисты в строительной отрасли оперируют термином «теплоизоляционный материал». Такое понятие характеризует изолятор, который наделен низкой теплоотдачей. Сюда можно отнести облицовочную плитку, стекловату, кирпич и тому подобные. Причем на уровень теплопроводности во многом оказывает влияние структурность материалов, а также их плотность и прочие характеристики.

Теплопроводность ваты может варьироваться в пределах 0,038-0,055 Вт/м*К. Если проводить сравнение с аналогами, данный материал считается наиболее оптимальным для строительных работ. Сегодня производство сэндвич-панелей происходит по определенной схеме:


Схема производства

» alt=»»> Легко понять, что теплопроводность достаточно просто рассчитать по объему и толщине материала. К примеру, стекловата имеет коэффициент теплоотдачи 0,044 Вт/м*К, поэтому толщина ее слоя должна быть не меньше 189 мм.



Сравнение утеплителей по теплопроводности

Пенополистирол (пенопласт)

Плиты пенополистирола (пенопласта)

Это самый популярный теплоизоляционный материал в России, благодаря своей низкой теплопроводности, невысокой стоимости и легкости монтажа. Пенопласт изготавливается в плитах толщиной от 20 до 150 мм путем вспенивания полистирола и состоит на 99% из воздуха. Материал имеет различную плотность, имеет низкую теплопроводность и устойчив к влажности.

Благодаря своей низкой стоимости пенополистирол имеет большую востребованность среди компаний и частных застройщиков для утепления различных помещений. Но материал достаточно хрупкий и быстро воспламеняется, выделяя токсичные вещества при горении. Из-за этого пенопласт использовать предпочтительнее в нежилых помещениях и при теплоизоляции не нагружаемых конструкций — утепление фасада под штукатурку, стен подвалов и т.д.

Экструдированный пенополистирол

Пеноплэкс (экструдированный пенополистирол)

Экструзия (техноплэкс, пеноплэкс и т.д.) не подвергается воздействию влаги и гниению. Это очень прочный и удобный в использовании материал, который легко режется ножом на нужные размеры. Низкое водопоглощение обеспечивает при высокой влажности минимальное изменение свойств, плиты имеют высокую плотность и сопротивляемость сжатию. Экструдированный пенополистирол пожаробезопасен, долговечен и прост в применении.

Все эти характеристики, наряду с низкой теплопроводностью в сравнении с прочими утеплителями делает плиты техноплэкса, URSA XPS или пеноплэкса идеальным материалом для утепления ленточных фундаментов домов и отмосток. По заверениям производителей лист экструзии толщиной в 50 миллиметров, заменяет по теплопроводности 60 мм пеноблока, при этом материал не пропускает влагу и можно обойтись без дополнительной гидроизоляции.

Минеральная вата

Плиты минеральной ваты Изовер в упаковке

Минвата (например, Изовер, URSA, Техноруф и т.д.) производится из натуральных природных материалов – шлака, горных пород и доломита по специальной технологии. Минеральная вата имеет низкую теплопроводность и абсолютно пожаробезопасна. Выпускается материал в плитах и рулонах различной жесткости. Для горизонтальных плоскостей используются менее плотные маты, для вертикальных конструкций используют жесткие и полужесткие плиты.

Однако, одним из существенных недостатков данного утеплителя, как и базальтовой ваты является низкая влагостойкость, что требует при монтаже минваты устройства дополнительной влаго- и пароизоляции. Специалисты не рекомендуют использовать минеральная вату для утепления влажных помещений – подвалов домов и погребов, для теплоизоляции парилки изнутри в банях и предбанников. Но и здесь ее можно использовать при должной гидроизоляции.

Базальтовая вата

Плиты базальтовой ваты Роквул в упаковке

Данный материал производится расплавлением базальтовых горных пород и раздуве расплавленной массы с добавлением различных компонентов для получения волокнистой структуры с водоотталкивающими свойствами. Материал не воспламеняется, безопасен для здоровья человека, имеет хорошие показатели по теплоизоляции и звукоизоляции помещений. Используется, как для внутренней, так и для наружной теплоизоляции.

При монтаже базальтовой ваты следует использовать средства защиты (перчатки, респиратор и очки) для защиты слизистых оболочек от микрочастиц ваты. Наиболее известная в России марка базальтовой ваты – это материалы под маркой Rockwool. При эксплуатации плиты теплоизоляции не уплотняются и не слеживаются, а значит, прекрасные свойства низкой теплопроводности базальтовой ваты со временем остаются неизменными.

Пенофол, изолон (вспененный полиэтилен)

Фольгированный пенофол

Пенофол и изолон – это рулонные утеплители толщиной от 2 до 10 мм, состоящие из вспененного полиэтилена. Материал также выпускается со слоем фольги с одной стороны для создания отражающего эффекта. Утеплитель имеет толщину в несколько раз тоньше представленных ранее утеплителей, но при этом сохраняет и отражает до 97% тепловой энергии. Вспененный полиэтилен имеет длительный срок эксплуатации и экологически безопасен.

Изолон и фольгированный пенофол – легкий, тонкий и очень удобный в работе теплоизоляционный материал. Используют рулонный утеплитель для теплоизоляции влажных помещений, например, при утеплении балконов и лоджий в квартирах. Также применение данного утеплителя поможет вам сберечь полезную площадь в помещении, при утеплении внутри. Подробнее об этих материалах читайте в разделе «Органическая теплоизоляция».



Главные параметры

Дать оценку качеству материала можно исходя из нескольких основополагающих характеристик. Первая из них – коэффициент теплопроводности, который обозначается символом «лямбда» (ι). Этот коэффициент показывает, какой объем теплоты за 1 час проходит через отрезок материала толщиной 1 метр и площадью 1 м² при условии, что разница между температурами среды на обеих поверхностях составляет 10°С.

Показатели коэффициента теплопроводности любых утеплителей зависят от множества факторов – от влажности, паропроницаемости, теплоемкости, пористости и других характеристик материала.

Чувствительность к влаге

Влажность – это объем влаги, которая содержится в теплоизоляции. Вода отлично проводит тепло, и насыщенная ею поверхность будет способствовать выхолаживанию помещения. Следовательно, переувлажненный теплоизоляционный материал потеряет свои качества и не даст желаемого эффекта. И наоборот: чем большими водоотталкивающими свойствами он обладает, тем лучше.

Паропроницаемость – параметр, близкий к влажности. В числовом выражении он представляет собой объем водяного пара, проходящий через 1 м2 утеплителя за 1 час при соблюдении условия, что разность потенциального давления пара составляет 1Па, а температура среды одинакова.

Водопоглощение – способность изделия при соприкосновении с жидкостью впитывать ее. Коэффициент водопоглощения очень важен для материалов, которые используются для обустройства наружной теплоизоляции. Повышенная влажность воздуха, атмосферные осадки и роса могут привести к ухудшению характеристик материала.

Также не рекомендуется применять водопоглощающую изоляцию при отделке ванных комнат, санузлов, кухонь и других помещений с высоким уровнем влажности.

Плотность и теплоемкость

Пористость – выраженное в процентах количество воздушных пор от общего объема изделия. Различают поры закрытые и открытые, крупные и мелкие

Важно, чтобы в структуре материала они были распределены равномерно: это свидетельствует о качестве продукции. Пористость иногда может достигать 50%, в случае с некоторыми видами ячеистых пластмасс этот показатель составляет 90-98%

Плотность – это одна из характеристик, влияющих на массу материала. Специальная таблица поможет определить оба этих параметра. Зная плотность, можно рассчитать, насколько увеличится нагрузка на стены дома или его перекрытия.

Теплоемкость – показатель, демонстрирующий, какое количество тепла готова аккумулировать теплоизоляция. Биостойкость – способность материала сопротивляться воздействию биологических факторов, например, патогенной флоры. Огнестойкость – противодействие изоляции огню, при этом данный параметр не стоит путать с пожаробезопасностью. Различают и другие характеристики, к которым относятся прочность, выносливость на изгиб, морозостойкость, износоустойчивость.

Коэффициент сопротивления

Также при выполнении расчетов нужно знать коэффициент U – сопротивление конструкций теплопередаче. Этот показатель не имеет никакого отношения к качествам самих материалов, но его нужно знать, чтобы сделать правильный выбор среди разнообразных утеплителей. Коэффициент U представляет собой отношение разности температур с двух сторон изоляции к объему проходящего через нее теплового потока. Чтобы найти теплосопротивление стен и перекрытий, нужна таблица, где рассчитана теплопроводность строительных материалов.

Произвести необходимые вычисления можно и самостоятельно. Для этого толщину слоя материала делят на коэффициент его теплопроводности. Последний параметр — если речь идет об изоляции — должен быть указан на упаковке материала. В случае с элементами конструкции дома все немного сложнее: хотя их толщину можно измерить самостоятельно, коэффициент теплопроводности бетона, дерева или кирпича придется искать в специализированных пособиях.


Сравнение утеплителей. Таблица теплопроводности


Сравнение пеноблока, минваты и пенопласта по теплопроводности

Представленная выше таблица сравнения теплоизоляции по теплопроводности дает полную картину, о том, какой лучше всего использовать материал. Остается лишь сравнить данные таблицы теплопроводности со стоимостью теплоизоляции у поставщиков. При этом следует точно рассчитать необходимую толщину утепления при использовании различных материалов, чтобы подобрать необходимое количество материала.

Какие размеры пенопласта выбрать вам?

Всё зависит от ваших потребностей.

Например, если вы решили утеплить пенопластом стены дома, то для решения этой задачи подойдут листы размером 1000×1000 мм и 1000×500 мм. Оптимальная толщина — мм.

Обычно покупают листы 1000×1000 мм. А для заполнения оставшихся площадей имеющиеся листы разрезают на две части:

Можно также для этих целей купить необходимое количество листов размером 1000×500 мм. Но это в тех случаях, если стены ровные, без многочисленных элементов, которые будут препятствовать укладке целых листов. В противном случае вам всё равно придется часто корректировать ширину листов.

Именно поэтому многие для утепления стен дома покупают пенопласт с размерами 1000×1000 мм. А в процессе укладки подгоняют под нужные размеры (разрезают листы на части). Этот материал легко разрезается, поэтому тут всё просто.

Также при выборе учитывайте стоимость листов. Например, может получиться так, что купить 1 лист размером 1000×1000 мм будет выгоднее, чем два листа 1000×500 мм.

Если же вы решите покупать пенополистирол 2000×1000 мм, то учитывайте, что такие листы могут быть сложнее в монтаже. Зачастую проще выполнить укладку двух листов по 1000×1000, чем один лист 2000×1000 мм. Конечно, многое зависит от того, для каких целей вам нужен этот материал.

В общем, теперь вы знаете, какие существуют размеры пенопласта. Надеемся, что вы уже сделали свой выбор.

Область применения

Экструдированный серый пенополистирол имеет широкую область применения. Преимущественно используется для утеплительных работ. Ограничивается сфера использования только температурными показателями (не выше 75оС). Материал можно укладывать во влажных местах, в землю.

Обычно сфера использования ограничивается только финансовыми возможностями. Дороговизна делает нецелесообразным применение во многих местах. В местах, где отсутствует необходимость высоких технических характеристик, вместо ППС используется обычный пенопласт, отзывы про который тоже положительные, чтобы сэкономить средства.

Используется для утепления:

  • бетонных или деревянных полов;
  • стен внутри помещения или снаружи здания. Совместим с любым материалом;
  • колодцев. Нередко бетонные кольца покрываются материалом для дополнительной защиты;
  • отмостки;
  • поверхности земли. Чтобы не произошло разрушение структуры, наносится краска. Даже тонкий слой не допустит порчи состава.

Кроме перечисленных сфер, материал применяется в дорожном строительстве. Входит в состав многих холодильных установок, как экструзия утеплитель. Используется в сельском хозяйстве. Пенополистиролом утепляют кровли, подземные этажи. Одно из перспективных направлений – производство сэндвич панелей.

Технические характеристики экструдированного пенополистирола

Материал обладает одними из самых высоких технических характеристик на рынке товаров для утепления. У любого газа теплопроводность намного ниже, чем у твердых тел. Для воздуха показатель составляет 0,026 Вт/м*оС. Экструдированный пенополистирол является воздушной смесью примерно на 90%. Обладает теплопроводностью в 0,03 Вт/м*оС. Почти как воздух, а значит, тепло удерживается идеально.

Материал выпускают с различными показателями плотности. Производители предлагают от 25 до 47 кг/м3. Чем выше цифра, тем большая прочность. По мере повышения плотности, прочность увеличивается от 20000 до 50000 кг/м2.

Вода впитывается пенополистиролом плохо. Примерно за месяц одна плитка способна впитать около 0,4% собственного объема, если погрузить ее полностью в воду. Дальше процент впитанной жидкости не увеличивается, а останавливается. Паропроницаемость минимальная. Составляет 0,0128 Мг/(м*ч*Па). Часто компании, специализирующиеся на выполнении ремонтных работ, предлагают не использовать пароизоляцию, ограничившись использованием только полистирола.

Утеплитель способен выдержать температуру в пределах от -50 до +75оС. Его использование возможно почти в любом климате. Горючесть высокая, класс изменяется в зависимости от добавления дополнительных веществ, от Г1 до Г4.

В некоторых моделях проделана специальная выемка по краям. Сделана для повышения плотности прилегания плит за счет изоляции швов. Данное нововведение не дает образовываться прослойкам холода между элементами, обеспечивая полное сохранение тепла.

характеристики и свойства ка утеплителя

10 июля 2021 Напольные и стеновые материалы

Пенопласт – один из самых эффективных синтетических утеплителей, используемых для наружной и внутренней отделки дома. Он быстро приобрел популярность благодаря хорошим эксплуатационным качествам и стал распространяться в многочисленных областях частного и промышленного строительства.

Состав и структура материала

Основной компонент пенопласта – вспененный полистирол, причем самого полимера в готовом продукте содержится всего около 2% (по объему). Все остальное пространство занимает газ (природный или углекислый), заключенный в замкнутые полистирольные капсулы или ячейки. Макроструктура материала представляет собой гранулы диаметром в несколько миллиметров, спрессованные и затем разрезанные в конгломераты разной формы.

Стенки полимерных капсул обладают минимальной пористостью, поэтому в ячейки с газом почти не попадает влага. Это поддерживает низкую плотность пенопласта и сохраняет его теплоизоляционные качества. Для снижения горючести в материал вводят ряд добавок, снижающих время самостоятельного горения (без внешнего источника пламени). Благодаря этому повышается пожаробезопасность при условии кратковременного воздействия огня.

Утепление стен и потолков

Чтобы в доме было тепло и комфортно, необходимо утеплять наружные стены. Для этой цели может использоваться пеностекло, гранулированный экологичный материал, получаемый из сырцовых фракций путем вспенивания. Такой утеплитель для стен химически устойчив и может представлять собой основу теплоизоляционной штукатурки. Пеностекло идеально подойдет для утепления стен подвалов и фундаментов, так как ему не страшны грунтовые воды.

Гранула из вспененных полимеров является основой пеноплекса, легкого и влагостойкого теплоизоляционного материала. У такого теплоизолятора не слишком широкий диапазон рабочих температур, поэтому использовать его для утепления бань не рекомендуется. Пеноплексом могут достаточно легко засыпаться каркасные стены. Гранулы при этом заполняют самые мелкие пустоты.

Минеральная вата для утепления стен может использоваться не только в виде привычных плит или рулонов, но и в виде гранул размером более 10 мм. Такой насыпной утеплитель паропроницаем и огнестоек, не боится высоких температур. Помимо теплоизоляционных свойств, гранулированная минеральная вата отличается хорошими звукоизоляционными свойствами. При укладке минеральной ваты необходимо предусмотреть защиту кожи и дыхательных путей.

Для сохранения тепла в помещениях нередко выполняют теплоизоляцию потолка. В последнее время популярность получил пеноизол, внешне напоминающий крошку пенопласта. Этот легкий материал с низкой плотностью отличается повышенной биологической стойкостью. В таком теплоизоляционном слое не заведутся грызуны и плесень.

При выборе теплоизолирующих насыпных материалов следует обращать внимание на такие характеристики, как теплопроводность, плотность, влагопоглощение, вес и крупность фракции. Большую часть насыпных утеплителей можно доставлять и монтировать самостоятельно, что позволит значительно снизить затраты на работы по утеплению, что особенно актуально для владельцев дач и небольших загородных домов

Физические свойства пенопласта

К главным характеристикам пористого полистирола относятся:

  • прочность – пенопласт не отличается выдающимися прочностными характеристиками и способен крошиться и ломаться даже при слабом механическом воздействии. Его можно легко повредить при помощи острых предметов или просто ударив по поверхности. Чтобы снизить вероятность разрушения, пенопласт покрывают слоями более твердого материала, равномерно распределяющего внешние нагрузки;
  • гибкость – пенополистирол слабо поддается изгибающим воздействиям и может сломаться под ними в любой момент. По этой же причине пенопластовые плиты устанавливают лишь стационарно, избегая любых крутящих нагрузок;
  • теплопроводность – наличие в полых капсулах газов (естественных теплоизоляторов) обеспечивает материалу низкий коэффициент теплопередачи. Этому также способствует отсутствие конвекции внутри пор из-за их малого диаметра. Чтобы полностью прогреть кусок пенопласта до заданной температуры, понадобится длительное время;
  • склонность к усадке – свободнолежащие плиты из пенополистирола поддаются незначительной усадке, вызванной силой тяжести. Величина усадки составляет 1,5-3 мм в течение шести месяцев. По окончании этого срока естественное уплотнение материала прекращается;
  • температурное расширение – при повышении температуры линейные размеры плиты увеличиваются (процесс является обратимым). Численные показатели расширения соответствуют примерно 1 мм на 1 м плиты пенопласта при изменении температуры на 15-20 °С;
  • паропоглощение – пенопласт менее стоек к диффузионному проникновению влаги, чем к воздействию жидкой воды, поэтому в особо влажных помещениях его поверхность дополнительно прикрывают слоем металлической фольги. При ее отсутствии часть водяных паров может проникать через слой материала и конденсироваться при снижении температуры, что отрицательно влияет на всю теплоизоляционную систему.


Разновидности марок

Существует несколько разновидностей данного материала, каждая из которых отличается особенными характеристиками. Выделяют такие марки, как:

  1. ПСБ-С-15. Данный вид пенопласта обладает наименьшей плотностью. Он активно используется для изоляции небольших объектов (вагонов, мансардных помещений, водопроводных труб и т. д.), где не требуется большая прочность материала и его устойчивость к сильным механическим воздействиям.
  2. ПСБ-С-25. Эта марка является самой универсальной и востребованной. Данный вид пенопласта активно используется для утепления жилых помещений, балконов и лоджий, теплиц, полов и т. д. Эта марка является экологически чистой, устойчивой к повышенной влажности и наиболее долговечной.
  3. ПСБ-С-35. Данный вид материала чаще всего используется для утепления подземных помещений. Имеет большую плотность, устойчив к воздействию микроорганизмов.
  4. ПСБ-С-50. Активно используется при строительстве дорог, производственных сооружений. Обладает наибольшей плотностью и крепостью.

Все перечисленные выше марки являются самозатухающими. Чем выше цифра в их названии, тем больше их механическая плотность.

Химические свойства

К эксплуатационным параметрам материала, обуславливающим долговечность под действием внешних факторов, относятся:

  1. химическая устойчивость – пенополистирол невосприимчив ко многим веществам, кроме растворителей и кислот-окислителей. Смеси на основе ацетона, эфиров и легких углеводородов быстро растворяют пенопласт, не оставляя от него даже видимых следов. Со щелочами пенопласт умеренно устойчив, однако, специально подвергать их воздействию все же не стоит;
  2. температурная стойкость – пенопласт имеет низкую температурную границу разрушения. Уже при 60-70 °С из него начинают выделяться газы, являющиеся продуктами деструкции исходного полимера. При температуре выше 100 °С разложение полистирола происходит особенно интенсивно и сопровождается еще большим количеством токсичных выделений. Тяжелые последствия на организм могут наступить даже спустя несколько дней после их вдыхания.

Пожарная безопасность пенопласта двояко трактуется сторонниками и противниками материала. Первые утверждают про его высокую устойчивость к пламени, аргументируя это тем, что подожженный пенопласт практически не поддерживает огонь без постороннего источника тепла. Вторые сетуют на выделение большого количества газов при пожаре, вредных для человека. При объективном рассмотрении пенопласт – довольно горючее вещество, требующее правильного обращения при отделке зданий.

Видео: Пенопласт (пенополистирол, ППС, EPS). Преимущества и недостатки.

Сравнительные характеристики сроков службы утеплителей таблица

Существует множество видов утеплителей, но сегодня мы подробно рассмотрим самые бюджетные и надежные варианты. К ним относятся:

  1. Минеральная вата.
  2. Базальная вата.
  3. Пенопласт.
НаименованиеСрок службы
Минеральная вата25-40 лет
Базальная вата40-50 лет
Пенополистирол30-50 лет
Пенополиуретан20-50 лет
Пеностекло80-100 лет

Первый вид называется каменным. Он имеет достаточно высокий уровень качества, так как его производят из базальтового камня. Стоимость его значительно выше, но и качество, и период пригодности оправдывает ожидания. Согласно статистике, больше всего в строительстве применяется минеральная вата. Продолжительность эксплуатации – около 50 лет. Но этот показатель все еще оспаривают, и он имеет несколько нюансов. На данный момент существует два вида минеральной ваты.

Второй является шлаковым. Это означает, что в него практически не может проникнуть вода, а сам материал достаточно плотный. Соответственно, он изготавливается из шлаков от металлургической промышленности. Он значительно уступает предыдущему и в цене, и в качестве, и в сроке службы. К тому же, не стойкий к резким перепадам температуры и по истечении определенного времени может деформироваться. Но несмотря на это, его часто используют как оптимальный вариант в случае, если постройка будет временной или менее значимой.

Безусловно, для сооружений более значительного масштаба рекомендуется использовать каменную вату. Пусть она и дороже, но, когда речь идет о безопасности и качестве, об экономии не может быть и речи.

Стоит отметить, что данное вещество имеет два немаловажных преимущества:

Негорючесть. Можно не беспокоиться о том, что материал не подвержен возгоранию от металлочерепицы, которая в сильную жару может нагреваться до высоких показателей. А также другие воздействия высоких температур не станут угрозой для утеплителя, а соответственно и для вас.

Паропроницаемость

Изовер обладает способностью «дышать», что также немаловажно. Материал без труда пропускает все пары через себя, но при этом они не скапливаются внутри

Это свойство делает минеральную вату экологически чистой, а в сочетании с теплоизоляцией это огромный плюс. Кроме того, дополнительной обработки от конденсата не требуется.

Базальная вата не уступает в продолжительности периода действия предыдущего вещества. Производители дают гарантию свыше 50 лет. Еще очень давно в строительстве стали использовать утеплитель, изготовленный из волокнистого материала. Но пик его эксплуатации приходится на последние пару десятилетий. Это произошло благодаря интенсивному строительству загородных домов, а также повышению цен на отопление. Именно там материал пользуется огромной популярностью.

Со временем качество базальной ваты значительно улучшилось. Теперь это экологически чистый и безопасный продукт. Из основных плюсов можно выделить несколько аспектов:

  1. Пожаробезопасность. Материал без труда способен выдержать высокую температуру, не теряя при этом своих свойств.
  2. Низкая гидрофобность. Вещество отталкивает влагу, что заметно увеличивает срок эксплуатации утепления.
  3. Сжимаемость. Базальная вата является очень стойкой и не подвергается деформации.
  4. Химическая стойкость. Гниение, грибок, грызуны, плесень и вредоносные микроорганизмы больше не станут угрозой для вашего жилья.

Несмотря на стечение обстоятельств, материалы имеют отличное качество, не деформируются и не рассыпаются. Вещества используются повсеместно и имеют множество положительных отзывов. С таким утеплением ваши стены смогут простоять более 100 лет.

Биологические свойства пенопласта

Пенопласт относится к группе строительных материалов, которые не поддаются воздействию микроорганизмов. Из-за слабого водопоглощения на поверхности пенопласта очень медленно образуется плесень. Грибковые поражения пенополистирола можно наблюдать лишь в очень влажных помещениях с отсутствующей вентиляцией.

В отличие от бумаги или древесины, пенопласт не разрушается при появлении плесени, а ее налеты можно легко очистить с поверхности вручную. Деструкция утеплителя, наблюдаемая на протяжении длительного времени, связана не с биологическими факторами, а с действием ультрафиолета, тепла и кислорода воздуха.

Краткая инструкция по монтажу пенопласта

Если монтаж производится на стены или потолок, то делать это необходимо по такой инструкции:

  1. Готовим поверхность: очищаем от краски, отпадающей штукатурки, выравниваем с использованием шпаклевки.
  2. Наносим грунтовку на стену или потолок.
  3. Чтобы улучшить сцепление плит пенопласта с поверхностью, проходимся по одной из сторон утеплителя игольчатым валиком.
  4. Наносим специальный монтажный клей на поверхность пенопластового листа.
  5. Не дожидаясь высыхания клеящего состава плотно прижимаем плиту к стене.
  6. Монтаж пенопласта начинаем снизу и движемся горизонтальными рядами вверх.
  7. Следите за тем, чтобы стыки находились не на одном уровне. Кладка теплоизолятора должна напоминать кирпичную.
  8. Если нужно подрезать материал, используем обычную ножовку.
  9. После того как утеплитель прикрепили, дожидаемся полного высыхания клея.
  10. Заполняем стыки и щели между листами пенопласта монтажной пеной. После высыхания удаляем излишки.
  11. Если вы утепляете фасад, наружные стены или потолок, рекомендовано зафиксировать плиты дополнительно крепежами. Используем специальные дюбеля со шляпкой в форме зонтика.
  12. Готовую поверхность армируем с применением специальной сетки и уголков.

Применение пенопласта в ремонте и строительстве

Благодаря невысокой стоимости, малой плотности и хорошим теплоизоляционным качествам, пенопласт используют во всех строительных сферах – от возведения капитальных стен до отделки помещений. Его часто рекомендуют в качестве утеплителя крыши и подкровельного пространства, уложенного снаружи и внутри здания. Чтобы получить действительно экологичную и безопасную постройку, к отделке пенопластом следует подходить с большим вниманием.

Способы использования пенополистирола:

  • обшивка наружной части стен. Внешний пенопластовый слой необходимо покрыть слоем штукатурки или другого прочного материала, чтобы избежать разрушения при механическом и солнечном воздействии;
  • отделка помещения изнутри. При возведении небольших домов часто используют метод несъемной опалубки, при котором промежуток между стенами из пенопластовых блоков заливается бетоном. Чтобы защитить жильцов в случае пожара, внутренний слой пенопласта нужно укрыть слоем штукатурки толщиной не менее 30 мм.
  • как прослойка между двумя стенами – используется в капитальном строительстве и является оптимальным строительным решением. Такие постройки не обладают выдающимися теплотехническими характеристиками, однако, температура в них зимой все же выше, чем в домах без пенопласта, а в жару внутренние поверхности стен нагреваются меньше. Подобное расположение более безопасно с пожарной точки зрения, поскольку даже при интенсивном возгорании прослойка не сможет воспламениться.

Что собой представляет пенопласт

Существует масса разновидностей пенопласта, изготовленного из различных материалов. В общей сложности он представляет собой вспененную массу, которая дополнительно наполняется воздухом, или определенным видом газа (в зависимости от назначения).

Как уже упоминалось, пенопласт изготавливается из различных составляющих, которые в свою очередь влияют на его эксплуатационные характеристики. Благодаря контролю уровня газа внутри материала изменяется его прочность и устойчивость к различным нагрузкам.

Достоинства материала

Для начала стоит рассмотреть все преимущества пенопласта, как утеплителя, среди них отмечаются:

  1. Невосприимчивость к воздействию влаги. На ряду с тем, что влажность не влияет на структуру материала, и не способствует коррозии, пенопласт практически не впитывает ее.
  2. Обладает высоким уровнем термоизоляционных свойств.
  3. Не подвержен коррозии, возникновению плесени или грибка.
  4. Обладает небольшой массой.
  5. Прост в обработке и монтаже, что позволяет без труда делать утепление своими руками.
  6. Довольно большой эксплуатационный период.
  7. Не подвержен воздействию температур, кроме того легко выдерживает большие перепады и изменения климатических условий.
  8. На ряду с теплоизоляцией обеспечивает хорошую звукоизоляцию помещения.
  9. При проведении монтажа не требуется дополнительное предусмотрение гидроизоляционных составов.
  10. Используя материал с высокой плотностью дополнительную защиту от механического воздействия можно обеспечить без предварительного создания каркаса.

Отметим, что это не все преимущества пенопласта, как материала, а основные, которые максимально полезны для теплоизоляции.

Недостатки утеплителя

Также стоит рассмотреть и недостатки, среди которых отмечается:

  1. Низкий уровень пропускаемости воздуха, что становится противопоказанием для применения в комбинации с деревянными конструкциями. Соответственно деревянные дома им утеплять нельзя.
  2. Поскольку имеет ограниченную прочность и устойчивость к механическому воздействию, требуется дополнительная защита от повреждения, которая обустраивается после монтажа.
  3. Материал легко разрушается при воздействии на него нитрокрасок или других составов на основе нитролака.
  4. Утеплитель горюч, кроме того при горении выделяет вредные газы (фосген, угарный газ).
  5. Не рекомендуется использовать для внутреннего утепления стен (допускается только при правильном подходе и многочисленных расчетах).

Особенности применения пенопласта

Как утеплитель этот материал нашел свое применение в следующих сферах:

  1. Внешнее утепление стен.
  2. Внутреннее утепление стен.
  3. Обустройство теплоизоляции потолков и чердаков.
  4. Теплоизоляция подвалов и фундаментов.

Стоит сразу заметить, что использование материала для утепления стен изнутри можно считать неправильным. Это обусловлено тем, что стена должна прогреваться за счет отопления. В следствии этого, при внутреннем утеплении происходит следующее:

  1. Полноценная теплоизоляция стены от отопления, в результате чего, смещение точки росы.
  2. Смещение будет обуславливать изменение теплоизоляционных качеств самой стены. В ней будет накапливаться влага, и постепенно разрушать стену изнутри.
  3. Также это способствует появлению плесени и грибка и дальнейшее их распространение не только по наружным стенам, но и внутренним.

Из-за этих факторов специалисты рекомендуют использовать пенопласт только для наружного утепления.

Также важно отметить особенности утепления подвалов и фундамента. При его обустройстве потребуется создание дополнительной защиты, поскольку в зимнее время грунт имеет свойство пучения при морозах, что создает давление на утепление

Потому придется дополнительно выстраивать опалубку или предусматривать кирпичную кладку.

Теперь стоит рассмотреть особенности утепления вертикальных и горизонтальных поверхностей с помощью пенопласта. А именно технологии закрепления на стенах и фундаменте, а также на полу, потолке и чердаке.

Утепление пола пенопластом

Теплоизоляция пола, также выполняется, с помощью плит пенопласта. Применение пенопласта для утепления полов, является очень эффективным методом, позволяющим сохранить теплыми полы и снизить шум при ходьбе по полу или при передвижении мебели. В данном случае используются для теплоизоляции пола плиты пенопласта, имеющие толщину до 50 мм.

Они укладываются на слой материала с изолирующими свойствами. Далее герметично обрабатываются швы, и уже потом, все заливается стяжкой.


Утепление пола пенопластом. Фото — epsfoamprodotcom.sharepoint.com

Анализ отзывов о пенопласте

Данным утеплителем довольны лишь те владельцы домов, которые или сами выполнили монтаж, соблюдая технологию монтажа, или за них это сделала опытная бригада строителей. Материал относительно недорогой, простой в монтаже и обладающий отличными теплоизоляционными характеристиками. Помещения после его применения становятся энергоэффективными и экономными.

Обратите внимание!

Установка снаружи основных стен позволяет защитить их от влияния атмосферных осадков и продлить срок эксплуатации.

Если утеплить пенопластом стены изнутри, то снизится количество затрат тепловой энергии на отопление стен дома. Отрицательные отзывы могут быть лишь следствием допущенных ошибок при установке и эксплуатации либо неправильных расчётов толщины утеплителя.

Различие пенопласта по способам изготовления

Прежде чем мы приступим к рассмотрению видов пенопласта необходимо внести ясность в терминологию. Многие называют пенопластом легкий белый материал состоящий из огромного количества белых спрессованных шариков, в целом это верно, но нужно разъяснить один момент.

Пенопласт — это общее название для целой группы материалов получаемых путем вспенивания пластмасс. Так как вспенивать можно различные пластмассы, то существует огромное количество пенопластов. Например, если в качестве сырья применяется полистирол — получается материал пенополистирол, если в качестве сырья используется полиуретан — получается материал пенополиуретан (один из видов это монтажная пена), из поливинилхлорида получают поливинилхлоридный пенопласт.

Технология производства для всех пенопластов состоит из трех основных этапов:

  1. Смешивание используемых компонентов.
  2. Вспенивание.
  3. Структурирование.

Основным технологическим звеном является вспенивание, на этом этапе происходит газонаполнение полимеров, которое определяет технические характеристики материала.

Важную роль на физико-механические свойства пенопласта оказывает соотношение между открытыми и закрытыми ячейками с воздухом. Замкнутые ячейки – гарантия низкой гигроскопичности. Чем меньше пенопласт впитывает воды, тем лучше его теплотехнические характеристики, тем дольше служит материал.

Зависит структура пенопласта от технологии изготовления и используемого сырья. Большое число замкнутых ячеек у пенопласта из полистирола, полиуретана и поливинилхлорида.

По технологии производства различают две основные разновидности пенополистирола:

  • вспененный пенополистирол — (EPS)
  • экструдированный пенополистирол — (XPS).

Вспененный пенополистирол — (EPS)

Наиболее часто в быту используется вспененный пенополистирол. Он применяется в качестве теплоизоляции, материала для упаковки техники и мебели. При его изготовлении газонаполнение полимеров производится с помощью вспенивающих компонентов.

Вспененный пенополистирол.

Технологическая цепочка состоит из нескольких этапов:

  • Перемешивание полистирола, который иногда заменяют полимонохлорстиролом или полидихлорстиролом.
  • Добавление вспенивающих компонентов, в роли которых выступают легкокипящие углеводороды – дихлорметан, пентан или изопентан.
  • Добавление добавок, которые улучшают свойства готового материала – пластификаторов, антипиренов и красителей.
  • Формирование гранул с равномерным распределением легкокипящих жидкостей в полистироле.
  • Обработка паром или горячим воздухом.
  • Увеличение гранул в размерах в результате резкого испарения легкокипящих жидкостей.
  • Структурирование ячеек пенопласта, придание ему формы.

В результате закипания вспенивающих компонентов гранулы увеличиваются в размерах более чем в 50 раз. Стенки формирующихся ячеек твердеют и сливаются, замыкая внутри воздух – идеальный теплоизолятор. Материал получается легким, однородным, хорошо сохраняет преданную ему форму.

Гранулы вспененного пенополистирола в увеличенном виде.

Экструдированный пенополистирол — (XPS)

Главными отличиями в технологии производства экструдированного пенополистирола являются отсутствие обработки паром и структурирование путем выдавливания из плоскощелевой экструзионной головки. В качестве вспенивающего агента в первые десятилетия производства материала использовали фреоны, сегодня применяют углекислый газ.

Этот пенополистирол имеет сплошную структуру с закрытопористыми ячейками диаметром 0,1 – 0,2 мм.

Экструдированный пенополистирол.

Экструдированный пенополистирол обладает хорошими теплоизоляционными свойствами при этом он обладает большей плотностью чем вспененный пенополистирол. Это позволяет использовать экструдированный пенополистирол для утепления тех объектов, для которых вспененный пенополистирол слишком мягкий. Возможно изготовление экструдированного пенополистирола, который будет выдерживать нагрузку до 35 тонн на 1 м2.

Структура пенополистирола

Структура и задачи, в которых он применяется, нашли воплощение в форме, в которой он производится – реализация этого решения явилась форма плиты. Плиты могут быть разных размеров и толщины, но сама форма проста в монтаже, хранении и транспортировке.

Одними из основных характеристик полистирола, которые влияют на область его применения, являются его плотность и толщина.

Плотность бывает нескольких видов, в следующих пределах (единица измерения кг/м3 ): до 15, от 15 и до 25, от 25 до 35, от 35 до 50. Рассмотрим три плотности 15, 25 и 35.

15 – самая низкая. Очень редко применяется к фасадам, которые прилегают к зданию. Хорошо подходит для нежилых зданий.

25 – самый лучший выбор, исходя из вопроса цена-качество. Она – самая часто используемая.

35 – применяют при утеплении фасадов домов, откосов на дверях и окнах, можно использовать листы меньшей толщины, без ухудшения качества. Он более твердый, поэтому идеально подходит для подвалов, фундамента дома, и стен с высоким внешним воздействием.

Толщина начинается с 20 мм и идёт до 100 мм шагом в 10 мм, после ста миллиметров есть толщина 120 и 150 мм соответственно. Наиболее востребованная на рынке толщина 5 – 7 см., которая подходит для многих задач в большинстве своём. Иногда следует выровнять стену, этого результата можно добиться путём использования плиты в 15 см, обрезая её в под нужным углом или в местах впадин или выступов.

коэффициент теплопроводности сравнение и характеристики

Пенопласт является современным материалом, который используют для теплоизоляции жилой площади как снаружи, так и внутри. Обусловлено это его экологичностью, низкой гигроскопичностью, бюджетной ценой. Также при выборе учитывают и теплопроводность пенопласта. Именно об этом параметре поговорим в сегодняшней статье.


Большие листы пенопласта для утепления фасада дома Источник drive2.ru

Что такое пенопласт и его эксплуатационные характеристики

Пенопласт или, как его называют, пенополистирол представляет собой плиты, которые могут быть разными по толщине. Основной этого сырья является именно вспененный полимер. Внутри материала в гранулах и между ними имеется воздух, который и обеспечивает теплопроводность утеплителя. Состоит пенопласт на 95-98% из специфического газа, который, собственно, и удерживает тепло.


Вспененный полистирол с низким показателем теплопроводности Источник avexpro.ru

За счет того, что в средних слоях сырья имеется достаточно воздуха, пенополистирол имеет минимальную плотность, отличается небольшим удельным весом. Также внутренняя воздушная прослойка обеспечивает неплохую звукоизоляцию.

Готовая плотность и прочие характеристики теплоизоляционного материала зависят от самого полимера и процессов, которые были использованы во время изготовления материала. В результате применения разных условий на этапе производства может получиться пенопласт неодинаковой плотности и различной степени устойчивости к механическому воздействию.


Таблица значений теплопроводности для разных материалов Источник otoplenie-gid.ru

Классификация пенополистирола

Обычный пенопласт

Теплоизоляционный материал, который получают в результате вспенивания полистирола. Как уже упоминалось выше, его объем – это 98% воздуха, который запечатан в гранулы. Это говорит не только о его отличных теплоизоляционных качествах, но и о звукоизоляционных свойствах.
Главное преимущество материала – отсутствие способности поглощать влагу. Кроме того, он не гниет и биологически не разлагается. Долговечный материал, небольшой массы и удобный в использовании. Его можно приклеить к любому строительному материалу.

Пенополистирол легко подается горению, но в его составе есть такое вещество, как антипирена. Именно оно и наделяет пенопласт способностью самозатухать. Кроме того, пенополистирол нельзя использовать для утепления фасадов. Это объясняется его низкой паропроницаемостью. А для того чтобы провести работы с пенопластом под кровлей, следует хорошо продумать систему вентиляции.

Использование в зависимости от марки материала

  • ПСБ-С 15. Маркировка пенопласта говорит о том, что им можно утеплить конструкции, которые не подвергаются механическим нагрузкам. Например, утепление кровли, пространства между стропами и потолочного перекрытия.
  • ПСБ-С 25 и 25Ф. Распространенная маркировка пенополистирола. Говорит о том, что можно утеплять любую поверхность. Стены, фасады, потолки или напольное покрытие, кровлю.
  • ПСБ-С 35 и 50. Таким материалом можно утеплять объекты, которые находятся под постоянно высокой нагрузкой.

Экструдированный пенополистирол

Теплоизоляционный материал, который обладает высоким эффектом и качеством. Его чаще всего используют для утепления ограждающих конструкций. И коэффициент теплопроводности колеблется от 0,027 до 0,033 Вт/м К.
Структура материала ячеистая. И полная закрытость каждой ячейки обеспечивает абсолютную защиту от проникновения воды. Поэтому такой материал и рекомендуют использовать там, где влажность повышенная или там, где материал может контактировать с водой. Это утепление подвального помещения или фундамента коттеджа. Даже в условиях недостаточной гидроизоляции, экструдированный пенополистирол сохранит свои теплоизоляционные качества.

Кроме этого, такой материал отличается высокой устойчивостью к различным деформациям. Эта особенность позволяет использовать его как утеплитель для поверхностей, несущие большие нагрузки. Например, экструдированным пенополистиролом можно утеплить фасады. Особенно если материал облицовки очень тяжелый.

Что касается температуры. Пенополистирол способен выдерживать резкие скачки, от -120 до +175 градусов. При этом его структура остается целой и невредимой.

Недостатками этого материала является горючесть, но, как и пенопласт, его составные элементы способны заставить его затухнуть. Контакт пенополистирола со сложными углеводами может привести к разрушению.

Основные характеристики теплопроводности пенопласта

Прежде чем узнать, какой будет теплопроводность пенополистирола, нужно разобраться, что из себя представляет этот параметр.

Теплопроводность — количественная характеристика пенопласта (или любого другого материала), которая оценивает способность конкретного тела проводить тепло. Единица изменения этого параметра — Вт/ мС. В этом случае каждое обозначение характеризуется таким образом:

  • Ватт —количество тепловой энергии;
  • Метр —расстояние проведения тепла через себя;
  • С — определенная температура за определенное время.

Предлагаем рассмотреть на примере, что представляет собой теплопроводность. Предположим, у нас есть лист пенопласта марки ПСБ-С 50. Его плотность — 50 кг/м3. Параметр передачи тепла этого сырья установлен заводом. Исходя из этого можно определить, что теплопроводность пенопласта 50 мм составляет 0,041 Вт/мС. Нужно отметить, что такой показатель будет только при условии воздействия температуры, не превышающей 20-30 градусов.

На заметку! Хорошо заметить параметр проникновения тепла у пенопласта можно только при сопоставлении его значений со значениями других теплоизоляционных материалов.

Если задумано индивидуальное строительство

При возведении дома важно учитывать технические характеристики всех составляющих (материала для стен, кладочного раствора, будущего утепления, гидроизоляционных и пароотводящих плёнок, финишной отделки). Для понимания, какие стены наилучшим образом будут сохранять тепло, нужно проанализировать коэффициент теплопроводности не только материала для стен, но и строительного раствора, что видно из таблицы ниже:. Для понимания, какие стены наилучшим образом будут сохранять тепло, нужно проанализировать коэффициент теплопроводности не только материала для стен, но и строительного раствора, что видно из таблицы ниже:

Для понимания, какие стены наилучшим образом будут сохранять тепло, нужно проанализировать коэффициент теплопроводности не только материала для стен, но и строительного раствора, что видно из таблицы ниже:

Номер п/пМатериал для стен, строительный растворКоэффициент теплопроводности по СНиП
1.Кирпич0,35 – 0,87
2.Саманные блоки0,1 – 0,44
3.Бетон1,51 – 1,86
4.Пенобетон и газобетон на основе цемента0,11 – 0,43
5.Пенобетон и газобетон на основе извести0,13 – 0,55
6.Ячеистый бетон0,08 – 0,26
7.Керамические блоки0,14 – 0,18
8.Строительный раствор цементно-песчаный0,58 – 0,93
9.Строительный раствор с добавлением извести0,47 – 0,81

Важно. Из приведённых в таблице данных видно, что у каждого строительного материала довольно большой разброс в показателях коэффициента теплопроводности.

Это связано с несколькими причинами:

  • Плотность. Все утеплители выпускаются или укладываются (пеноизол, эковата) различной плотности. Чем ниже плотность (больше присутствует воздуха в теплоизоляционной структуре), тем ниже проводимость тепла. И, наоборот, у очень плотных утеплителей этот коэффициент выше.
  • Вещество, из которого производят (основа). Например, кирпич бывает силикатным, керамическим, глиняным. От этого зависит и коэффициент теплопроводности.
  • Количество пустот. Это касается кирпича (пустотелый и полнотелый) и теплоизоляции. Воздух – самый худший проводник тепла. Коэффициент его теплопроводимости – 0,026. Чем больше пустот, тем ниже этот показатель.

Строительный раствор хорошо проводит тепло, поэтому любые стены рекомендуется утеплять.

Сравнение теплопроводности пенопласта с другими материалами

Очевидно, что при изменении толщины пенополистирола марки ПСБ показатель теплопроводности варьируется в диапазоне — 0,037-0,043 Вт/мС. Например, если его сравнить с таким сырьем, как минеральная вата, то различия по показателям будут не существенные.

Также для определения оптимального параметра учитыват не только листовые теплоизоляторы с различным наполнителем, но еще и строительные материалы, использованные для возведения стен сооружения.

Красный кирпич не зря так часто используют в кладке стен дома. Это связывают с тем, что он имеет достаточно высокий уровень теплоотдачи 0,7 Вт/мС. Это почти в 19 раз больше, чем у вспененного пенополистирола. То есть, чтобы обойтись без теплоизолятора, необходимо возводить стену толщиной не менее 80-85 см. В случае с силикатным кирпичом потребуется выстраивать метровые несущие конструкции.

Древесный массив тоже часто используют для строительства домов. Он конкурирует с пенопластом немного лучше, чем красный кирпич. Теплопроводность древесины составляет 0,12 Вт/мС. Оказывается, это в три раза больше, чем у пенополистирола. Получается, если возводить стену из древесного массива, тогда понадобится сруб толщиной до 23 см, чтобы показатель теплопроводности оказался эквивалентен ПСБ с толщиной 5 см.

Сравнение стирола с пеноплексом

Пенопласт и пеноплекс — сравнительно одинаковые материалы, изготовленные с применением одних и тех же гранул. Единственное различие — технология склеивания, которая и дает неожиданные результаты при сравнении показателей.

Дело в том, что во время производства пеноплекса шарики стирола обрабатываются под давлением с приданием высокой температуры. В итоге получается пластичная масса, которая в застывшем виде является однородной и прочной. Пузырьки воздуха, которые остались внутри, равномерно распределяются по всей части плиты.

При формировании пенопласта, предварительно загруженный в форму материал просто обдается паром. В результате он получает структуру «попкорна», а связи, как следствие, между рыхлыми гранулами в разы слабее.

На основании этого можно отметить, что теплопроводность экструдированного пенополистирола лучше и соответствует показателю 0,028-0,034 Вт/мС. Таким образом, нужно будет всего 30 мм этого материала для замены 40 мм обычного пенопласта.


Структура пеноплекса отличается от пенопласта Источник pgsstore.ru

Важно! На случай, когда нет необходимости в высокой прочности утепленной стены, тогда можно смело отдавать предпочтение бюджетному пенопласту. Правда предварительно следует определиться с оптимальной его толщиной в зависимости от климатических факторов и условий эксплуатации.

Срок эксплуатации

Большая часть производителей указывают срок эксплуатации 20-30 лет. Это гарантийное время, в течение которого полезные свойства материала находятся в допустимых рамках. Последние исследования европейских учёных показали удивительные и обнадеживающие результаты. При сносе домов, построенных 40-50 лет назад с использованием пенополиуретана, учённые обнаружили, что его свойства практически не изменились. Структура и фактура остались теми же, что и изначально. Дальнейшие лабораторные исследования только подтвердили долговечность этого материала.

Экологичность

Важный параметр, на который всё больше и больше обращают внимание современные строители. В процессе производства пенополиуретан переходит из жидкого в твёрдое состояние за 30 секунд

После этого вредные испарения с его поверхности прекращаются. Если его нагреть до 450 Сº, то начнут выделяться углекислый и угарный газы. Впрочем, то же самое можно наблюдать и во время нагревания дерева. Пенополиуретан не выделяет вредных для организма человека соединений

Особенности выбора листов пенопласта для утепления

В первую очередь, когда покупаете пенопласт, ориентируйтесь на сертификат качества. От него полностью зависит будет ли показатель теплопроводности соответствовать реальному значению, о котором мы говорили выше.

Бывает, когда производитель изготавливает продукт с использованием ГОСТа и собственного ТУ. В подобных ситуациях технические характеристики, в том числе и показатель теплопередачи может различаться.


Выбор оптиммальной толщины пенопласта Источник lazurit64.ru

Поэтому, чтобы купленный материал эксплуатировался с ожидаемым эффектом, нужно в магазине попросить продавца предоставить документ, подтверждающий технические характеристики материала именно той марки, которую вы выбрали.

Обратите внимание! Соответствие документа типу пенополистирола можно найти по специальным символам, которые обычно печатаются на боковой стороне каждого листа материала.

Зачем нужна теплоизоляция?

Актуальность теплоизоляции заключается в следующем:

Потери тепла сквозь стены обычного многоэтажного жилого дома составляют 30-40%. Для снижения теплопотерь нужны специальные теплоизоляционные материалы. Применение в зимний период электрических обогревателей способствует дополнительному расходу на электроэнергию. Эти расходы выгодней компенсировать использованием качественного теплоизоляционного материала, обеспечивающего сохранение тепла в зимний период и прохладу в летнюю жару. При этом затраты на охлаждение помещения кондиционером также будут сведены к минимуму.

В случае промышленных зданий с использованием металлического каркаса, утеплитель позволяет защитить поверхность металла от коррозии, являющейся самым пагубным дефектом для данного вида конструкций. А срок службы для здания из кирпича определяется количеством циклов замораживания/оттаивания. Воздействие этих циклов воспринимает утеплитель, ведь точка росы при этом находится в теплоизоляционном материале, а не материале стены.

Такое утепление позволяет увеличить срок службы здания во много раз.

Защита от возрастающего уровня шума достигается при использовании таких шумопоглощающих материалов (толстые матрасы, звукоотражающие стеновые панели).

Использование системы теплоизоляции позволяет уменьшить толщину наружных стен, при этом увеличивая внутреннюю площадь здания.

Почему важно помнить о паропроницаемости

Когда принято решение использовать пенопласт в качестве утеплителя для стен собственного дома, целесообразно вспомнить о паропроницаемости этого материала. Чем этот показатель ниже, тем лучше для эксплуатации теплоизолятора.

Дело в том, что многие утеплители не противостоят проникновению пара. Со временем он превращается во влагу и откладывается в слоях материала. Последний от этого портится и теряет свои качественные характеристики. Страдает и теплопроводность: пенопласт начинает пропускать тепловую энергию через себя и отдавать ее улице.

Пожароустойчивость

Являясь сгораемым материалом, пенопласт отличается хорошей пожароустойчивостью, так как температура самовозгорания составляет +4910 С. Этот показатель в 1.8 превышает показатель древесины, для которой достаточно +2600 С. При отсутствии огня в течении 4 секунд горение затухает. Во время горения материал выделяет около 1000 МДж/м3 энергии, в то время как древесина — 7000-8000 МДж/м3 — значит, при горении пенополистирола повышение температуры будет намного ниже.

Производители предлагают самозатухающий пенополистирол, изготовленный с добавлением антипиренов. Однако опыты показывают, что самозатухающий эффект со временем теряется, и в конструкции материал, который изначально был классифицирован как относящийся к группе горючести Г2, через некоторое время уже соответствует только классу Г4 (исследования проведены в НИИ ПБ и ЧС МЧС Беларуси).

В то же время следует признать, что продукты, выделяемые при горении разных марок пенополистирола, еще являются мало изученными.

Особенности применения и числа в маркировке

Утеплитель из пенопласта может использоваться для комнатных и уличных условий. Это можно определить по коэффициенту теплопроводности. Например, если в названии продукта присутствует число «15», то такие листы подходят для наклеивания на вертикальные конструкции внутри помещений. Толщина этого сырья незначительная, соответственно не будет использовать полезное пространство.


Низкотеплопроводный пенопласт для уличных условий Источник 27del.ru

Также встречается коэффициент с числом «25» это более качественный утеплитель, применяемый только для теплоизоляции стен с наружной стороны дома. Также его часто используют в условиях чердачных или подвальных помещений, где необходим усиленный уровень теплоизоляции. Пенополистиролом с таким коэффициентом можно утеплять межэтажные перекрытия, кровельные скаты в этажных многоквартирных домах и частном секторе.

Наиболее низкое значение теплопроводности имеют пенопласты, которые в маркировке имеют число «35». Такими материалами стараются утеплять заглубленные фундаменты, взлетно-посадочные полосы, автомобильные дороги и другие капитальные сооружения промышленного характера. Для дома такие плиты утеплителей использовать нерационально.

Положительные и отрицательные свойства ППУ

Для более удобного понимания сути, свойств и области применения материала надо иметь представление не только о физических и химических свойствах, но и знать его положительные и отрицательные стороны.

Положительные

  1. У пенополиуретана хорошая адгезия. Он без проблем пристаёт к деревянной, металлической, бетонной поверхностям. Для него не нужны дополнительные крепёжные элементы. Благодаря своей эластичной структуре и способу нанесения пенополиуретан хорошо ложится на неровные основания. Перед его нанесением поверхность не нуждается в дополнительной обработке грунтом или краской.
  2. У ППУ низкая стоимость. Он производится прямо на строительной площадке путём смешивания двух компонентов. Отсутствуют затраты на дополнительную транспортировку и изготовление.
  3. Пенополиуретан – это лёгкий материал, который не нагружает строительные конструкции.
  4. Кроме тепло- и звукоизоляции пенополиуретан укрепляет несущие стены, делая конструкцию более прочной и долговечной.
  5. На него практически не оказывают влияние экстремально низкие и высокие температуры. ППУ не разрушается от цикличного замораживания и размораживания.
  6. У покрытия из пенополиуретана монолитная структура. Нет щелей для появления мостиков холода. Ветер его не продувает.

Отрицательные

  1. ППУ быстро разрушается под действием ультрафиолетовых лучей. Поэтому он не остаётся в открытом состоянии, а требует защиты. Его можно покрыть слоем краски или оштукатурить. Также подойдет использование различных облицовочных панелей.
  2. Пенополиуретан – это негорючий материал. Всё равно его не рекомендуется использовать в местах возможного соприкосновения с открытым огнём. Если это технически невозможно, то ППУ закрывается огнестойким гипсокартоном.

Основные свойства пенопласта как утеплителя

Оглавление:
  • Основные характеристики
  • Имеющиеся преимущества
  • Утепление стен: рекомендации
  • А если применять теплые полы?
  • Качественная защита фундамента

Пенопластом называется вспененный полимер, который имеет несколько преимуществ в сравнении с аналогичными материалами. Очень легкие листы белого цвета нашли применение в самых разных отраслях промышленности. Но больше всего свойства пенопласта как утеплителя востребованы в строительстве (кстати, как и минваты). Он применяется для утепления фасадов домов, внутренних и наружных теплоизоляционных работ.

Благодаря высоким экологическим показателям, отличным эксплуатационным свойствам пенопласт остается лидирующим материалом, который применяется как утеплитель.

Основные характеристики

На сегодняшний день это, пожалуй, самый востребованный теплоизоляционный материал, который применяется во всех видах строительства. Многие задаются вопросом: насколько оправдана такая популярность, какие недостатки пенопласта, в чем его преимущество? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно изучить его состав и свойства.

Характеристики пенопласта разной толщины.

Пенопласт относится к тому виду материалов, которые обладают структурой, напоминающей вспененную массу. Практически весь объем данного материала является воздухом. Поэтому плотность пенопласта намного ниже, если сравнивать ее с плотностью сырья, применяющегося для его получения. Такая структура оказывает серьезное влияние на малый вес пенопластовых панелей. Имея высокое содержание воздуха, этот утеплитель отличается превосходными термоизоляционными характеристиками.

Для изготовления пенопласта применяют многочисленные виды сырья, отличающиеся показателями плотности, обладающими неодинаковой механической прочностью. Когда наблюдается высокая плотность, молекулярная структура материала отличается минимальным объемом газа, резко снижаются теплоизоляционные свойства. Однако подобные недостатки компенсируются высокой устойчивостью при возникновении механических воздействий.

Листы пенопласта в качестве утеплителя отличаются показателями плотности и, естественно, параметрами прочности. Если листы обладают низким коэффициентом плотности, то во время утепления помещения их требуется защищать от возможных механических нагрузок. Лист пенопласта, с характерной невысокой плотностью, в большинстве случаев применяется как утеплитель, когда проводится каркасное строительство. Иначе говоря, в тех местах, где основные нагрузки принимает внешний слой утеплителя.

Если пенопласт обладает большой плотностью, для защиты панелей от всевозможных механических воздействий монтировать каркас необязательно. Однако минимальная защита все равно должна присутствовать.

Имеющиеся преимущества

Материал обладает низкой теплопроводностью. Его звукоизолирующие характеристики нашли высокое применение при утеплении лоджий и стен в городских квартирах. Такой пенопластовый утеплитель, которым изолирован пол чердака, делает микроклимат намного стабильнее. Он создает комфортные и уютные условия проживания.

Таблица технических характеристик пеноплекса.

Особые присадки, которые входят в состав этого материала, придают ему огнеупорные свойства. Это позволяет применять его для отделки зданий с наружной стороны.

Материал никогда не гниет, на нем никогда не появляется плесень. Поэтому его довольно часто устанавливают в местах, где постоянно наблюдается повышенная влажность. Не обходится без него и прокладка подземных магистралей, его применяют в качестве изолятора.

Обладая такими великолепными свойствами, этот материал во многих местах стал просто незаменимым. Одним из его главных преимуществ является небольшой вес. Он изготавливается методом вспенивания с последующим охлаждением полистирола, причем состоит пенопласт практически полностью из газовых пузырьков. В этом и кроется главный секрет малого веса, огромные блоки пенопласта в состоянии поднять 10-летний ребенок.

Все знают, что пенопласт намного легче воды, следовательно, он никогда не тонет, а всегда плавает по поверхности. Данное свойство позволяет использовать его в качестве буйков, указывающих, где особенно глубоко. Обработка этого материала не вызывает никаких проблем. Он прекрасно режется, его легко монтировать. Но при установке пенопластовых листов нужно обязательно выполнять все пункты инструкции, так как для каждой поверхности требуется индивидуальная технология.

Достоинства пенопласта.

Еще одним достоинством считается великолепная устойчивость. Для него не опасно попадание ультрафиолетовых солнечных излучений, ему не страшны постоянные скачки температуры, большие холода, он не реагирует на перемены атмосферного давления. Эти прекрасные характеристики нашли широкое применение, когда проводится строительство зданий и делается внутренняя отделка квартир.

К характерным достоинствам относится еще один важный показатель теплоемкость. Имея высокие термоизоляционные показатели, пенопласт стал считаться одним из самых достойных утеплителей. Материал обладает невысоким термическим расширением. Он в состоянии переносить перепады температуры, начиная от -180 и заканчивая +80 градусами тепла. Крупногабаритные блоки обычно монтируются прямо к стенам жилого помещения, что позволяет длительное время сохранять тепло внутри здания.

О пенопласте можно говорить как о материале, который имеет великолепные звукоизолирующие свойства. Он не пропускает ударный шум, из него можно создавать самые разные сложные формы. Такие пенопластовые конструкции склеиваются гипсовыми или цементными растворами, применяются также и различные мастики. Надо сказать, что очень важным положительным свойством пенопластовых блоков считается противопожарная безопасность. Материал совершенно не горюч, что обязательно сыграет важную роль при пожаре. Конечно, полностью потушить огонь он не сможет, но уменьшить его ему вполне по силам. Материал рассчитан на длительный срок эксплуатации.

Нельзя не отметить и химическую стойкость пенопластовых листов.

Таблица сравнения харакетристик пенопласта и ЭППС.

Этот утеплитель не выделяет никаких токсических веществ, не знает, что такое пыль, и не обладает характерным запахом. Если говорить об экологии, то пенопласт полностью отвечает всем экологическим требованиям, так как при его производстве применяются вещества, которые не представляют опасности окружающей среде. В пенопласте отсутствуют фреоновые соединения, которые наносят вред озоновой оболочке.

Пенопласт один из наиболее дешевых материалов, конечно, если его правильно использовать. Это дает возможность достаточно серьезно экономить при строительстве здания и утеплении дома. Пенопласт совершенно равнодушен к высокой влажности, он практически не впитывает воду. Такое свойство позволяет при монтировании пенопласта не устанавливать дополнительную гидроизоляцию. Никогда на его поверхности не появится плесень или грибок.

Утепление стен: рекомендации

Как уже было сказано выше, пенопласт является превосходным утеплителем, причем его одинаково используют как внутри здания, так и с его внешней стороны. Однако намного чаще утепление пенопластом подвергают внешние стены. Это вызывает смещение точки промерзания на внешнюю сторону стены, холод не проходит внутрь здания.

Технология утепления стен пеноплексом.

Не стоит утеплять пенопластом внешние стены. Нагрев должен происходить изнутри, а пенопластовые панели станут блокировкой доступа тепла, в результате стена будет оставаться холодной, произойдет смещение точки росы. Она может попасть внутрь стены, образоваться в зазоре между стенкой и пенопластом.

Данное явление отрицательно сказывается на стене дома. В месте расположения точки росы начнет происходить конденсация влаги, она станет замерзать при больших морозах, а это приведет к медленному разрушению стены. Именно по этой причине утеплять дом панелями пенопласта лучше всего с внешней стороны здания, это самый оптимальный вариант.

Пенопластовые плиты, после окончания монтажа, нужно обязательно закрыть слоем хорошей штукатурки. Это обязательно, ведь пенопласт не имеет высокого показателя устойчивости при больших механических воздействиях. Во время утепления фасада здания листами пенопласта материал закрепляют пластмассовыми дюбелями, чтобы впоследствии закрепить различные отделочные материалы, например, райдинг. Если такое крепление не делать, то пенопласт может просто из-за большого давления отойти от стены и упасть.

А если применять теплые полы?

Последнее время строители начали утеплять полы здания не только с помощью ваты, но и пенопластом. Смонтированный на полу пенопластовый блок будет удерживать тепло, он станет прекрасным звукоизолятором, поможет уменьшить звук шагов и скрип двигающейся мебели, что очень важно при многоэтажном строительстве.

Чтобы утеплить полы, используется пенопласт толщиной от 5 см. Монтируются пенопластовые листы прямо на гидроизоляцию. Образовавшиеся швы заделываются герметиком, и затем на полу выполняется черновая стяжка.

Качественная защита фундамента

Схема внутреннего и наружного утепления пенопластом.

Фундамент самая главная часть здания, именно он влияет на долговечность дома и его тепловой комфорт. По этой причине при возведении здания теплоизоляция фундамента является важнейшим технологическим процессом. Особенно это касается районов Крайнего Севера, где приходится сталкиваться с сильнейшими морозами.

В этом случае пенопласт становится незаменимым материалом. Он становится средним слоем фундаментных блоков. Так же отлично чувствует себя пенопласт в качестве утеплителя, когда возводятся бесподвальные строения. Пенопластовые утепляющие плиты кладутся несколькими слоями на заранее подготовленную площадку, а затем заливаются бетонным раствором.

После этого строительство продолжается в соответствии с технологическим процессом. В данном случае бетонная стяжка представляет собой фундамент, она становится одновременно поверхностью пола.

Нашел применение пенопласт и в монтаже внешней изоляции фундамента. Он предотвращает промерзание грунта. С этой целью вокруг всего фундамента делается траншея, в которую укладываются теплоизолирующие пенопластовые плиты. Траншею после этого тщательно засыпают.

Пенопласт-34 • Статьи – Физико-технические свойства пенопласта

Тепло и звукоизоляционные свойства различных марок пенополистирола практически одинаковы, но механические характеристики разные. Поэтому применение более плотных марок (чем плотнее, тем выше стоимость) экономически обосновано в тех случаях, где пенополистирол несет механическую нагрузку. В таблице 1 указаны варианты использования различных марок пенополистирола, исходя из экономической целесообразности.

Таблица 1.

Области применения

ПСБ-С-15  

ПСБ-С-25

ПСБ-С-35

Утепление фасадов зданий

 

 

Утепление полов под стяжку

 

Изоляция крыш и мансард

 

Изоляция потолков и чердаков

 

Внутренняя изоляция стен

 

 

Утепление фундаментов

 

 

Защита от вспучивания грунтов

 

 

Термоизоляция труб

 

Противоударная упаковка

 

Морозильники, холодильные установки

 

Рефрижераторный транспорт

 

 

   Применяется при изготовлении многослойных сендвич-панелей, теплоизоляции труб, утепления фундаментов, предотвращения промерзания и вспучивания грунтов, отвода стоков.
Вспененные гранулы пенополистирола используются для приготовления строительного материала – полистиролбетона.
   Широкое применение пенополистирола обусловлено рядом замечательных свойств, присущих ему:
– Обладает низкой теплопроводностью – в таблице 2 показано сравнение толщин стен из различных материалов, одинаково препятствующих теплопотерям в здании.

Таблица 2 

– Не является гигроскопичным (устойчив к воздействию влаги) и следовательно не теряет термоизоляционных свойств,
– Не содержит вредных для здоровья веществ (используется для упаковки продуктов),
– Легок и прочен, легко приклеивается к различным материалам,
– Не усваивается животными и микроорганизмами,
– Долговечен и стоек к гниению.

 

Физико-технические свойства пенопласта.

Показатель

ПСБ-С-15 

ПСБ-С-25

ПСБ-С-35

Плотность (кг/м3)  

До 15

15,1-25,0

25,1-35,0

Прочность на сжатие при 10% линейной деформации (Мпа), не менее

0,05

0,1

0,18

Предел прочности при сгибании(Мпа), не менее  

0,07

0,18

0,25

Теплопроводность в сухом состоянии при Т=20-30 С( Вт/м.К), не более  

0,042

0,039

0,037

Влажность плит ,% не более

12

12

12

Водопоглащение за 24 ч (в % к объему), не более

3

2

2

Время затухания, сек. не более

4

4

4

 

•ПСБ-С-15 применяется для утепления и звукоизоляции конструкций не подвергающихся механическим нагрузкам: меж кирпичная кладка, под вагонку, сайдинг, гипсокартон, для утепления бытовок и т.д.
•ПСБ-С-25 применяется для наружного утепления фасадов зданий, лоджий, балконов, стен, полов в жилых помещениях под армированную стяжку, крыш, при производстве сэндвич-панелей и т.д.
•ПСБ-С-35 применяется при утеплении промышленных полов складских комплексов, автопаркингов, автостоянок и т.д.

 

Ограничения в применении пенополистирола:


– при постоянной температуре выше 80С изменяет свои свойства – подвержен деформации и усадке,
– нестоек к воздействию органических растворителей и ультрафиолетовым (солнечным) лучам – поэтому его покрывают защитным слоем.

пенопласта 50 мм в сравнении, таблица утеплителей по толщине

Среди всех утеплителей, сейчас особенно популярным является минеральная вата и пенополистирол. Каждый имеет свои плюсы и минусы. Об этом и расскажет наша статья.

Общее описание

Пенопласт представляет собой плиты различной толщины, состоящие из вспененного материала – полимера. Теплопроводность пенопласта обеспечивается воздухом, из которого он состоит на 95-98%, т.е. газа, который не пропускает тепло.

Так как пенопласт в своей основе состоит из воздуха, то он имеет крайне низкую плотность, и, соответственно, малый удельный вес. Также пенопласт обладает очень хорошей звукоизоляцией (тонкие перегородки ячеек, заполненные воздухом – очень плохой проводник звуков).

В зависимости от исходного сырья (полимера) и процессов изготовления, можно производить пенопласт разной плотности, устойчивости к воздействию механических факторов, устойчивости к иным видам воздействия. В связи с вышеперечисленным, обусловливается выбор определенного вида пенопласта и его применение.

Источник: http://eco-stroitelstvo.ru/teploprovodnost-penoplasta-tochnye-cifry/

Размеры листов

Изготовление пенополистирольных плит, осуществляется по нормам ГОСТ. При производстве пенопласта регулируется как состав, так и размеры листов. Стандартная длина листа колеблется от 100 см до 200 см. Ширина должна быть равна 100 см, а толщина от 2 см до 5 см. Теплопроводность пенопласта 50 мм – относительно высока, благодаря небольшой толщине и характеристикам материала, он является наиболее ходовым из всех.

Источник: http://dnevnik-stroika.ru/uteplenie/teploprovodnost-penoplasta-ot-50-mm-do/

Сравнение теплопроводности утеплителей

Чем выше теплопроводность, тем хуже материал работает как утеплитель.

Мы начинаем сравнение утеплителей по теплопроводности неспроста, так как это, несомненно, самая важная характеристика. Она показывает, сколько тепла пропускает материал не за определенный промежуток времени, а постоянно. Теплопроводность выражается коэффициентом и исчисляется в ваттах на метр квадратный. Например, коэффициент 0,05 Вт/м*К указывает, что на квадратном метре постоянные теплопотери составляют 0,05 Ватта. Чем выше коэффициент, тем лучше материал проводит тепло, соответственно, как утеплитель он работает хуже.

Ниже представлена таблица сравнения популярных утеплителей по теплопроводности:

Наименование материала Теплопроводность, Вт/м*К
Минвата 0,037-0,048
Пенопласт 0,036-0,041
ППУ 0,023-0,035
Пеноизол 0,028-0,034
Эковата 0,032-0,041

Изучив вышеуказанные виды утеплителей и их характеристики можно сделать вывод, что при равной толщине самая эффективная теплоизоляция среди всех – это жидкий двухкомпонентный пенополиуретан (ППУ).

Толщина теплоизоляции имеет архиважное значение, она должна рассчитываться для каждого случая индивидуально. На результат влияет регион, материал и толщина стен, наличие воздушных буферных зон.

Сравнительные характеристики утеплителей показывают, что на теплопроводность влияет плотность материала, особенно для минеральной ваты. Чем выше плотность, тем меньше воздуха в структуре утеплителя. Как известно, воздух имеет низкий коэффициент теплопроводности, который составляет менее 0,022 Вт/м*К. Исходя из этого, при увеличении плотности растет и коэффициент теплопроводности, что негативно отражается на способности материала удерживать тепло.

Источник: http://teplotekcorp.ru/uteplenie/koefficient-teploprovodnosti-penoplasta.html

Что представляет собой пенополистирол

Изготавливается этот материал примерно по тому же принципу, что и любые другие вспененные утеплители. Сначала в специальную установку наливается жидкий стирол. После добавления в него особого реагента происходит реакция с выделением большого количества пены. Готовая вспененная густая масса до застывания пропускается через формовочный аппарат. В результате получаются листы материала с огромным количеством мелких воздушных камер внутри.

Такая структура плит и объясняет высокие изоляционные качества пенополистирола. Ведь воздух, как известно, тепло сохраняет очень хорошо. Существуют виды пенополистирола, в ячейках которых содержатся и другие газы. Однако самыми эффективными изоляторами все же считаются плиты именно с воздушными камерами.

Входящие в структуру пенополистирола ячейки могут иметь размер от 2 до 8 мм. На их стенки при этом приходится примерно 2% массы материала. Таким образом, пенополистирол на 98% состоит из воздуха.

Источник: http://aniko-gas.ru/dekor-okon/penopleks-teploprovodnost-sravnenie-tablica.html

Пенопласт

Один из самых популярных и дешёвых материалов на российском рынке. Обладает низкой теплопроводностью, его легко монтировать. Выпускается в плитах толщиной 2-15 см. Пенопласт устойчив к влаге, однако горюч. Со временем пенопласт может начать выделять ядовитые пары, поэтому лучше выбрать родственный ему материал, но экологически чистый.

Источник: http://zen.yandex.ru/media/fasad_expert/sravnenie-uteplitelei-po-teploprovodnosti-chto-vybiraiut-eksperty-5ca8a59504566000b369e867

Экструдированный пенополистирол

Обычный утеплитель этого типа маркируется буквами EPS. Вторая разновидность материала — экструдированный пенополистирол обозначается буквами XPS. Отличаются такие плиты от обычных, прежде всего, структурой ячейки. Он у них не открытая, а закрытая. Поэтому экструдированный пенополистирол гораздо меньше простого набирает влагу. То есть способен сохранять свои теплоизоляционные качества в полной мере даже под воздействием самых неблагоприятных факторов внешней среды. Коэффициент теплопроводности экструдированного пенополистирола в зависимости от марки может составлять 0.027-0.033 Вт/мК.

Источник: http://teplotekcorp.ru/uteplenie/koefficient-teploprovodnosti-penoplasta.html

Характеристики теплопроводности пенопласта

Для того чтобы рассмотреть такую характеристику, как теплопроводность пенопласта, разберемся для начала, что из себя представляет в принципе теплопроводность материалов. Теплопроводностью называют количественную характеристику способности тела проводить тепло.

Это количество тепловой энергии (Ватт), которое любой материал способен провести через себя (метр), при определенной температуре (С) за определенное время. Обозначается — λ и выражается Вт/м•С.

Определим оптимальные размеры данного утеплителя исходя из его теплопроводных характеристик. На рынке стройматериалов большое множество различных утеплителей. Пенопласт, как мы уже знаем, обладает теплопроводностью очень низкой, но эта величина зависит от марки материала.

Например, пенопласт марки ПСБ-С 50 имеет плотность 50 кг/м3. Таким образом, его теплопроводность составляет 0,041 Вт/м•С (данные указаны при 20-30 С). Для пенопласта марки ПСБ-С 25 значение будет 0,041 Вт/м•С, а марки ПСБ-С 35 – 0,038 Вт/м•С. Приведенные величины коэффициентов теплопроводности указаны для пенопласта одинаковой толщины.

Наиболее заметна теплопроводность пенопласта при сопоставлении значений с другими теплоизоляционными материалами. К примеру, лист пенопласта 30-40 мм аналогичен объёму минваты в несколько раз большей, а толщина листа 150 мм заменяет 185 мм пенополистирола. Конечно, есть материалы, у которых коэффициент ниже. К таким относится и пеноплекс. 30 мм пеноплекса смогут заменить 40 мм пенопласта, при аналогичных условиях.

Источник: http://eco-stroitelstvo.ru/teploprovodnost-penoplasta-tochnye-cifry/

Опасен ли пенопласт – мифы и правда

Противники пенопласта заявляют – этот материал очень вреден, ведь в его основе находится стирол, продукт нефтепереработки, который является сильнейшим токсичным ядом. Кроме того, при его горении выделяются кислоты, которые также способны навредить нашему здоровью. Давайте подумаем – получается, дым от горения древесины абсолютно безопасен и им можно дышать? Нет, конечно же – продукт горения любого материала в той или иной степени опасен для нашего здоровья. Вот только пенопласт горит лишь при наличии источника огня и способен самозатухать, чего о древесине не скажешь.

Второй момент – количество стирола в изделиях. Современные производители научились снижать его содержания вплоть до 0,01 %. В среднем на рынке качественных материалов этот показатель не превышает 0,2 %. Учитывая то, что слой утепления из пенопласта прячется под штукатуркой или шпаклевкой, фактор выделения в воздух вредных веществ снижается в десятки раз. Навредить здоровью пенопласт может разве что в тех случаях, когда вы будете есть его на завтрак, обед и ужин. Но учитывая его несъедобность, и этот момент исключен. Факт безопасности пенополистирола доказывает и его всеобщее признание в странах Европы и на Западе, где очень высокие требования к безопасности материалов.

  • Автор: Михаил Малофеев
  • Распечатать
Оцените статью:

(1 голос, среднее: 1 из 5)

Источник: http://remoskop.ru/kojefficient-teploprovodnosti-penoplasta-tehnicheskie-harakteristiki-svojstva.html

Всё тоньше, всё теплее

Для того чтобы представить эту физическую величину наглядно, проведём сравнение теплопроводности пенопласта с другими строительными материалами. Представьте, что вы стоите и смотрите с торца на разрезы стен из разных материалов. Сначала перед глазами проплывает бетонная стена толщиной 3,2 м, затем кирпичная кладка в 5 кирпичей (1,25 м), потом относительно тоненькая деревянная перегородка шириной с предплечье взрослого человека (0,40 м). И уже где-то в самом конце, незаметный лист пенопласта толщиной 0,1 м. Что же объединяет все эти материалы необъятной толщины? Только одно.

Используя его низкую теплопроводимость, можно в значительной степени сократить расход достаточно дорогих в приобретении и укладке стройматериалов. Дом, построенный в 2,5 кирпича так же надёжен, как и дом с толщиной стен в 5 кирпичей. Только в первом случае расходы на отопление больше. Хотите дом теплее? Не надо возводить ещё такую же стену. Достаточно утеплить стену 50 мм плитой. Почувствуйте разницу. 2,5 кирпича по периметру дома и лист пенопласта толщиной в 50 мм. Экономим время, деньги, силы.

Источник: http://diabaz-angarsk.ru/teploprovodnost-penopolistirola-kakaa-ona-i-ot-cego-zavisit/

Особенности применения

Прежде чем определиться с материалами для отделки частного дома или квартиры, необходимо правильно рассчитать толщину слоя конкретного утеплителя.
Также следует придерживаться следующих рекомендаций:

  1. Для горизонтальных поверхностей (пол, потолок) можно использовать практически любой материал. Применение дополнительного слоя с высокой механической прочностью обязательно.
  2. Цокольные перекрытия рекомендуется утеплять стройматериалами с низкой гигроскопичностью. Повышенная влажность должна быть учтена. В противном случае утеплитель под воздействием влаги частично или полностью потеряет свойства.
  3. Для вертикальных поверхностей (стены) необходимо использовать материалы плитно-листового типа. Насыпные или рулонные со временем будут проседать, поэтому необходимо тщательно продумать способ крепежа.

Источник: http://teplotekcorp.ru/uteplenie/koefficient-teploprovodnosti-penoplasta.html

Технология производства

Сегодня, довольно актуален вопрос об утеплении своих жилых помещений, поэтому перед каждым домовладельцем становится вопрос: что лучше выбрать для утепления балкона — пеноплекс или пенопласт? Отличия данных стройматериалов заключаются в технологии производства.

Пенопласт

производится по технологии вспенивания полистирола, без применения давления. Технология производства предусматривает увеличение пентана и гранул полистирола в 50 раз. На выходе получается пенопласт, состоящий из 2% полимера и 98% воздуха. Благодаря такой технологии производства, стройматериал обладает высокими теплоизоляционными свойствами.

Пеноплекс —

является производным пенопласта, только принцип его изготовления немного отличается. Пеноплекс получают в результате метода экструзии. Этот метод предусматривает воздействие на гранулы полистирола давлением и высокой температурой. Получается прочный и цельный материал, имеющий однородную консистенцию. Его еще называют — пенополистиролом. По сравнению с пенопластом, пенополистирол обладает большей плотностью, поэтому имеет худший показатель паропроницаемости. Но благодаря высокой прочности, такой утеплитель может подвергаться различным видам механических нагрузок.

( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )

Источник: http://teplotekcorp.ru/uteplenie/koefficient-teploprovodnosti-penoplasta.html

Сравнение термического сопротивления радиаторов из вспененного графита, алюминия и меди

Введение

Поскольку тепловые решения становятся все более сложными, возникает потребность в новых идеях охлаждения или материалах для дальнейшего смягчения тепловых проблем, с которыми сталкивается современная электроника. В таких проектных ситуациях проверенный метод аналитических расчетов, моделирования и лабораторных испытаний иногда игнорируется в поисках быстрого «панацеи». Эволюционный прогресс необходим в тепловой отрасли, конечно.Однако в спешке с внедрением новых идей/материалов не следует упускать из виду тщательное тестирование при определении тепловых характеристик решения перед его внедрением.

Таблица 1. Геометрия радиатора

Заявленные тепловые свойства конструкционных пенографитов послужили мотивом для их рассмотрения в качестве материалов для теплоотводов. Тем не менее, в литературе нет реальных сравнений этих материалов с медью и алюминием.Чтобы решить вопрос о пенографитовой пене как о подходящем материале для радиаторов, была проведена серия испытаний для сравнения тепловых характеристик геометрически идентичных радиаторов (таблица 1), изготовленных из меди, алюминия и пенографита (таблица 2). Эти испытания были проведены в аэродинамической трубе исследовательской лаборатории качества, где поток не был направлен в соответствии с большинством типичных применений. Результаты для канального и струйного набегающих потоков, хотя и аналогичны неканальному случаю, будут представлены в следующей статье вместе с вторичным пенографитовым материалом «пена B».

Таблица 2. Сравнительные теплофизические свойства металлов и пен

Процедура испытаний

В предыдущих экспериментах с пеной, проведенных Курси и Будро [1], для крепления пенопластового радиатора к нагретому компоненту использовалась пайка припоем. Этот метод пайки был выбран для снижения проблематичного межфазного сопротивления при использовании пен из-за их пористой природы. Прямое соединение радиатора с компонентом имеет два потенциальных недостатка.Первый связан с высокими температурами, характерными для пайки, которые могут повредить сам электрический компонент. Другой недостаток пайки связан с усложнением замены или доработки компонента. Из-за низкой прочности на растяжение пенопласта (таблица 2 [2]) возникает большая вероятность повреждения радиатора по сравнению с алюминиевым или медным вариантом. Если радиатор поврежден или если прикрепленный компонент нуждается в обслуживании, метод приклеивания увеличивает стоимость доработки.

Чтобы избежать этих проблем, пенопластовый радиатор можно припаять к алюминиевой или медной несущей пластине.Эта сборка из пеноматериала и пластины затем может быть установлена ​​на компоненте стандартным способом. Эта несущая пластина также позволяет прикладывать достаточное давление к материалу интерфейса, обеспечивая низкое контактное сопротивление.

В этом исследовании радиаторы были прикреплены непосредственно к тестируемому компоненту без несущей пластины для стандарта для всех трех материалов. Высокоэффективная термопаста [3] использовалась в качестве материала интерфейса для заполнения пористой поверхности пенопласта и снижения межфазного сопротивления по сравнению с оголенным соединением.

Всего при тестировании использовалось пять термопар J-типа, они были размещены перед радиатором для регистрации температуры окружающего воздуха, в блоке нагревателя, в центре основания радиатора, на краю основания радиатора и на кончике крайнего плавника.

Во время всех испытаний тонкопленочный нагреватель был установлен на мощность 10 Вт, а площадь источника тепла составляла 25 x 25 мм, или четверть общей площади основания раковины, рис. 1. Для изоляции нижней части нагревателя использовались картон и FR- Было использовано 4 платы, расчетное значение Ψ jb равно 62.5°C/Вт. В ходе испытаний значение Ψ jb было в 36 – 92 раза выше, чем у Ψ ja .

Рис. 1. Покомпонентное изображение тестовой сборки радиатора.

Результаты

Как и ожидалось, традиционные медные и алюминиевые радиаторы были отформованы одинаково, основное отличие заключается в более высокой теплопроводности меди, что снижает сопротивление растеканию.

В условиях низкой скорости потока более низкая скорость теплопередачи диктует, что тепловое сопротивление конвекции составляет большую часть общего Θ ja .По мере увеличения скорости потока сопротивление конвекции уменьшается, и сопротивление проводимости внутреннего радиатора становится все более важным фактором в общем значении Θ и . Такое поведение становится очевидным при сравнении различных материалов радиатора. Тепловые характеристики графитового радиатора были всего на 12% ниже, чем у алюминиевого при низких скоростях потока, в то время как эта разница в характеристиках увеличивалась до 25-30% по мере увеличения скорости потока (таблица 3).

Таблица 3.Результаты специальных тепловых испытаний

Из-за отсутствия паяного соединения пенопластовый радиатор имел большее межфазное сопротивление по сравнению с цельными радиаторами. Эту разницу можно увидеть при сравнении Ψ HEATER-BASE в Таблице 3. Чтобы разделить влияние межфазного сопротивления Ψ BASE-AIR , можно рассчитать. Таким образом, при игнорировании межфазного сопротивления пена работает в пределах 1% от алюминия при скорости 1,5 м/сек (300 л/мин) и в пределах 15% при скорости 3,5 м/сек (700 л/мин).

Заключение

Радиаторы на основе графитовой пены перспективны для конкретных применений, но имеют ряд недостатков в основной индустрии охлаждения электроники. Из-за хрупкости графитовой пены необходимо соблюдать особые меры предосторожности при обращении с радиатором и его использовании. При соединении с медной опорной плитой графитовая пена может работать с приемлемо низким сопротивлением растеканию. Однако более низкая теплопроводность пены снижает тепловые характеристики при высоких скоростях потока по сравнению с традиционным медным радиатором.

Механическое крепление, необходимое для обеспечения приемлемых характеристик теплового интерфейса без пайки или пайки, также является проблемой, которая не позволяет исследовать радиатор на основе пены во многих основных приложениях. Несмотря на эти проблемы, отношение тепловых характеристик к весу пены очень привлекательно и хорошо подходит для аэрокосмической и военной промышленности, где стоимость и простота использования уступают весу и характеристикам.

Ссылки
  1. Курси, Дж., Jungho, K., Boudreaux, P. «Производительность испарителя из графитовой пены для использования в управлении температурой», Journal of Electronics Packaging, том 127, июнь 2005 г., стр. 127-134.
  2. Клетт, Дж., «Пенопласты с высокой проводимостью», Окриджская национальная лаборатория, 18 июля 2003 г., стр. 1-53.
  3. Шин Эцу X23.

В чем разница между инъекционной пеной и пенопластовой изоляцией?

А что подойдет для вашей собственности?

Поскольку большая часть потерь тепла или холода в вашем доме происходит из-за плохой изоляции, важно выяснить, какой продукт лучше всего подходит для вашего дома.Независимо от того, строите ли вы новый дом или вам нужно модернизировать существующий, у USA Insulation есть вариант изоляции для вас. Мы предлагаем широкий ассортимент изоляционных материалов, включая монтажную пену и монтажную пену, но в чем между ними разница? Будет ли один работать лучше для вашей собственности? Давайте взглянем на оба этих невероятных продукта, чтобы помочь вам определить наилучший вариант.

Пена для инъекций

Изоляция

USA Premium Injection Foam® Insulation — это запатентованный продукт, который мы производим сами и используем только нашими обученными специалистами.Этот продукт можно использовать как на наружных, так и на внутренних стенах, где он впрыскивается в узкую стенную полость (например, в готовую стену). Он заполняет трещины и щели, которые просто не могут использовать большинство других изоляционных материалов. Он достигает мест за телефонными и электрическими проводами, розетками, трубами и другими трудноизолируемыми местами для максимальной эффективности. Поскольку большинство домов, построенных до 1980 года, не требовали утепления, инъекционная пена является отличным решением для утепления без необходимости сносить стены.

Этот продукт изготовлен из водного раствора смолы и пенообразователя.Эти два элемента объединяются со сжатым воздухом в специальном оборудовании, которое образует изолирующее вещество, напоминающее крем для бритья. Затем наши обученные специалисты вводят пену в полости стен, где она затвердевает, создавая слой изоляции. Поскольку инъекционная пена способна проникать в очень небольшие помещения и проста в установке, это отличное и экономичное решение для зданий, которым требуется модернизированная изоляция. Мы устанавливаем снаружи на большинство типов домов, включая блоки, кирпич, гонт, сайдинг, штукатурку и многое другое.Установка нашей пены обычно может быть завершена за один день, с небольшим беспорядком, и работает сразу.

Изоляция из напыляемой пены

Изоляция из напыляемой пены, официально известная как напыляемая полиуретановая пена, представляет собой пенопластовое вещество, которое распыляется, как краска, на открытую полость стены (например, на незавершенные стены). Затем оно расширяется, создавая изоляционный барьер. После затвердевания и расширения он обеспечивает превосходный барьер для ветра, влаги и наружных температур. В отличие от других форм изоляции, он не оседает и не разрушается со временем, что делает его разумным вложением.USA Insulation предлагает три продукта для изоляции из напыляемой пены, которые соответствуют различным потребностям в зависимости от вашей конкретной собственности. Если вы ищете простую изоляцию или изолятор, воздухо- и пароизоляцию в одном, мы предоставим вам все необходимое.

Энергия уходит через пространства, которые обычно не обеспечиваются традиционной изоляцией. Изоляцию пенопластом можно наносить на различные открытые полости, такие как чердаки, подвалы, подвальные помещения и многое другое. Это означает, что ваша система отопления и охлаждения не должна работать сверхурочно, пытаясь отрегулировать температуру в этих недостаточно изолированных помещениях.

Плюсы и минусы

Каждый из этих изоляционных материалов имеет свои преимущества в зависимости от того, что вы ищете. Давайте сравним два рядом.

Спрей-пена

  • Эффективность – поскольку распыляемая пена герметизирует трещины и щели, она более эффективна, чем традиционная изоляция из стекловолокна.
  • Защита от непогоды – Напыляемая пена защищает от непогоды круглый год.
  • Экологически чистый — Поскольку он снижает ваши потребности в энергии, он является экологически чистым.
  • Средство от плесени – Пена для распыления содержит инертные полимеры, подавляющие рост бактерий и плесени.
  • Подходит для незавершенных стен

США Премиальная пена для инъекций

  • Более высокое значение R – Значение «R» или значение сопротивления на 35% эффективнее традиционной изоляции.
  • Шумоподавление – После установки инъекционная пена обеспечивает немедленное снижение внешнего шума.
  • Быстрая установка – Инъекционная пена устанавливается снаружи быстро и аккуратно.Может быть добавлен поверх изоляции из стекловолокна.
  • Улучшение качества воздуха – Барьер из впрыскиваемой пены улучшает качество воздуха в помещении.
  • Лучший класс огнестойкости и дымообразования – Инъекционная пена действует как противопожарный барьер, препятствующий распространению огня.
  • Единственный вариант модернизации существующих домов путем добавления изоляции внутри готовых стен

Оба этих продукта являются усовершенствованием традиционных методов изоляции. Выбор подходящего для вас зависит от ваших потребностей и типа дома (новостройка или существующий дом)

Если вы пытаетесь определить, подходит ли вам изоляция из напыляемой пены или инъекционная пена, позвоните нам.Мы можем составить для вас бесплатную смету, чтобы вы могли сделать звонок, который подходит для вашей собственности и вашего бюджета. Мы здесь, чтобы помочь!

Новая роль трехмерной графеновой пены для предотвращения выхода из строя нагревателя во время кипения

Мы предполагаем, что SFG выполняет две основные функции: он распределяет тепло SFG и BGL во время пузырькового кипения и имеет насыщенную пористую консистенцию с множеством пор микроразмера. препятствует запуску ХСН. Во-первых, мы рассмотрим, как BGL и SFG могут распространять тепло во время пузырькового кипения.Эффективная теплопроводность сухой пены графена была измерена Pettes et al. 24 и оказался намного меньше, чем у плотного слоя, который образовался рядом с поверхностью в нашем BGL под SFG. Основываясь на результатах Шина и Кавиани 25 , кажется вероятным, что поверхность раздела теплопроводности между чешуйками графена в пене и в BGL контролируется силами более сильными, чем силы Ван-дер-Ваальса (, например, , ковалентные связи).Поэтому БГЛ должен иметь эффективную теплопроводность на один-два порядка выше, чем у пенографена. Согласно Jang et al. 26 расчетная теплопроводность мультислоя графена составляет 110–1100 Вт·К −1 ·м −1 , в зависимости от его толщины. По мере увеличения толщины мультислоя графена на кремниевой подложке от 1 до 100 нм увеличивается его теплопроводность. В настоящем исследовании считается, что эффективная теплопроводность BGL толщиной от 50 до 100 нм как минимум на порядок выше, чем у подложки SiO 2 .Таким образом, BGL под SFG может распределять тепло, тем самым предотвращая увеличение размера сухого участка.

Во-вторых, мы рассматриваем, как BGL и SFG предотвращают запуск CHF благодаря своей насыщенной пористой консистенции с множеством микропор. Фукусако и др. 27 описали переход и пленочное кипение на насыщенном жидкостью пористом слое. Они построили кривую кипения для пористой среды без КГФ; ни температура стенки, ни тепловой поток не могли поддерживаться на постоянном уровне и постепенно увеличивались.Они постулировали, что переходное кипение с пузырьковым и пленочным кипением состоит из условий смоченной поверхности и паровой пленки. Характеристики кипения показывают постепенное увеличение со временем. Однако условия были не такими, как в настоящем исследовании, которое включало нулевой перегрев в начале пузырькового кипения (ОНК) и переходное кипение, начинающееся при низком тепловом потоке. Переходное кипение на пористой среде могло быть причиной явления, наблюдаемого в настоящем исследовании, хотя наша пористая среда находилась в состоянии насыщенной жидкости.Кроме того, Dhir and Liaw 28 предложили единую аналитическую модель пузырькового и переходного кипения в бассейне. КГП, пузырьковое кипение и пленочное кипение определяются паровой (сухой) и жидкой (влажной) фракциями, которые могут быть одинаковыми независимо от того, способна ли жидкость смачивать поверхность нагревателя. Они постулировали, что переходное кипение может быть объединено долей пузырькового кипения по сравнению с пленочным кипением. Это означает, что наблюдаемое нами явление кипения в коллоиде ВОГ может быть объяснено большим вкладом пузырькового кипения при переходном кипении, которое задерживает переход режима кипения.Это также может поддерживать пузырьковое кипение, наблюдаемое при температуре стенки 300°С (рис. 3б). Наконец, Беренсон 29 постулировал, что шероховатость (от пика до пика) поверхности нагревателя влияет на переходное кипение, когда пузырьковое кипение переходит в пленочное кипение после достижения CHF. Переходное кипение представляет собой сочетание нестабильного пленочного кипения и нестабильного пузырькового кипения, существующих попеременно в любом заданном месте на поверхности нагревателя. Шероховатость дает жидкости возможность встретиться с твердой поверхностью нагревателя из-за нестабильности паровой пленки.Измеренная шероховатость SFG составила 5,9–10,5 мкм, что больше, чем у поверхности SO 2 (2 нм) / медного нагревателя (212 нм) (дополнительный рисунок S9). Недавно Кварк и др. 16 сообщили, что кипение наножидкостей следует определять как переходное состояние, поскольку наночастицы осаждаются в большей степени по мере увеличения времени кипения. Они показали, что температура стенки медленно увеличивается с постоянным тепловым потоком и увеличением времени кипения, потому что слой покрытия наночастиц толще и играет роль с термическим сопротивлением.Таким образом, мы попытались провести и сравнить кипение алюмооксидных наножидкостей с кипением коллоида ВГО. В алюмооксидной наножидкости с концентрацией 0,001 мас.% (так же, как и с концентрацией коллоида ВОГ) кратковременное кипение отсутствует. (Дополнительный рис. 10) При кипении коллоида RGO происходит кратковременное кипение, аналогичное ранее полученному результату Kwark et al. 16 , однако, совершенно иначе с НТТ, потому что временной масштаб повышения температуры стенки и заданное условие, такое как тепловой поток, различны.В алюмооксидных наножидкостях, кипящих с большей концентрацией 0,01 мас.%, наблюдается кратковременное кипение. Таким образом, можно сделать вывод, что НТГТ вблизи КРП — это другое явление с переходным состоянием.

Далее мы исследуем, почему КТР при кипячении коллоида RGO увеличивается по сравнению с кипением воды на голом нагревателе. БГЛ формируется при низком тепловом потоке, что позволяет предположить, что максимальный тепловой поток может определяться ролью БГЛ. Несмотря на то, что SFG формируется при высоком тепловом потоке, BGL все еще остается в нижней части графеновой структуры (дополнительный рис.С5, С6). Во-первых, повышение теплопроводности за счет BGL может увеличить CHF, влияя на тепловую активность 30 , которая в зависимости от теплопроводности, теплоемкости, плотности и толщины материала поверхности нагревателя может повлиять на CHF следующим образом 31 :

Где, δ, ρ h , C H и K и K H H H – это тепловая активность, характеристика нагревателя, плотность, удельная тепловая и теплопроводность материал утеплителя соответственно.Значительно улучшенная тепловая активность ( S ) в результате BGL по сравнению с активностью на подложке SiO 2 может увеличить CHF за счет задержки образования и роста горячей/сухой точки 31 . Вблизи КГП истощение жидкости под большим пузырьковым грибом приводит к образованию локальных сухих пятен, где под действием наложенного теплового потока быстро повышается температура. Скорость этого повышения температуры ограничивается способностью нижележащей конструкции локально поглощать и/или отводить тепло к частям нагревателя, которые все еще испытывают пузырьковое кипение.Если утеплитель очень тонкий или имеет плохие тепловые свойства, КГЛ возникает вскоре после образования сухих пятен на поверхности утеплителя. Однако, если утеплитель толстый и обладает хорошими тепловыми свойствами, он успешно поглощает и отводит тепло от локальных сухих участков, тем самым удерживая температуру сухих участков от превышения критической температуры повторного намокания. Для такого высокого S нагреватель может поддерживать последовательное образование и исчезновение многих сухих пятен, полагаясь на последующее повторное смачивание поверхности для локального охлаждения поверхности обратно до режима пузырькового кипения 31 .Этот механизм высокого S также может объяснить NBHT.

Во-вторых, мы исследуем смачиваемость поверхности BGL и SFG, которые являются гидрофобными и гидрофильными соответственно (дополнительный рисунок S11). Kandlikar 32 разработал модель CHF со смачиваемостью поверхности; Улучшена поверхностная смачиваемость повышенной CHF следующим образом:

где β, φ, H FG , ρ , ρ

L , ρ г , σ и г – угол контакта подложки , ориентированный угол, скрытая теплота, плотность жидкости, плотность газа, поверхностное натяжение и сила тяжести соответственно.Повышенной смачиваемостью БГЛ можно объяснить увеличение КГФ при кипячении коллоида ВГО. Поскольку БГС формируется на дне уложенных друг на друга слоев ВОГ, вода должна контактировать с гидрофобным ПВГ. Однако гидрофобный SFG работает против увеличения максимального теплового потока (дополнительный рис. S12). Это означает, что смачиваемость недостаточна для объяснения усиления КГФ при кипячении коллоида ВГО. Однако при измерении краевого угла мы обнаружили, что вода может поглощаться BGL и SFG.Несмотря на то, что графен по своей природе является гидрофобным материалом, карбоксильная группа (-COOH) на поверхности хлопьев RGO (дополнительный рисунок S13) может играть гидрофильную роль. Водопоглощение BGL быстрее, чем у SFG, потому что карбоксильная группа частично более свернута. При поглощении воды в БГЛ и СФГ краевой угол в тройной точке становился меньше. Это указывает на то, что БГС и СФГ играют роль пористой среды, которая может насыщаться водой. По мере увеличения влажной площади у воды (жидкости) появляется больше шансов вступить в контакт с жидкостью между порами пористой среды.Поглощение воды в BGL и SFG может объяснить увеличение CHF за счет добавления жидкости через капиллярный поток 14,16,17 . По Кавиани 33 , толщина пара (δ г ) и двухфазная длина (δ г ) пористой среды являются основными параметрами, определяющими КТР при кипении на жидкостной насыщенная пористая среда (дополнительный рис. S14). Он показал, что δ gl стремится к бесконечности, когда силы вязкости и гравитации точно уравновешиваются.Затем капиллярное давление и градиенты насыщения в пористой среде становятся равными нулю и, наконец, возникает КГП. Это означает, что баланс между сопротивлением и капиллярными силами в насыщенной жидкостью пористой среде BGL и SFG может влиять на усиление КГП. Кроме того, согласно Liter and Kaviany 34 , CHF может в пять раз увеличить предел удушья вязкой жидкости. Представляется разумным предположить, что усиление КТР на слоях БГС и СФГ, обеспечиваемое коллоидным кипячением ВГО, является результатом улучшения смачиваемости поверхности, динамики краевого угла при водопоглощении и насыщения жидкостью пористой среды после впитывания воды в БГС. и СФГ.Мы используем сканирующий электронный микроскоп окружающей среды (E-SEM) для дальнейшего исследования явления поглощения воды SFG. При 7,5 мбар и 10°С при 100% влажности гетерогенный конденсат из окружающей среды образует капли воды в процессе охлаждения до 1°С (рис. 4а). Со временем капли воды впитываются в поры СФГ, как показано красным пунктирным кружком (рис. 4а). Затем на смоченной поре начинает отрастать капля воды. Здесь мы обращаем условие, чтобы наблюдать поведение тройной линии в процессе испарения.Мы выделяем границу между каплей воды и порой SFG, где на стыке SFG сформировалась изогнутая поверхность раздела воды, демонстрирующая гидрофильные характеристики (рис. 4b). Мы предполагаем, что карбоксильные группы в структуре SFG активируются при контакте с водой, что делает поверхность гидрофильной, а тройную линию медленно продвигают, что приводит к явлениям водопоглощения. Смоченная поверхность раздела SFG может объяснить поглощение воды SFG, поддерживая увеличение максимального теплового потока за счет поглощения жидкости 35 .Кроме того, водопоглощение и смачиваемое соединение SFG убедительно свидетельствуют о роли насыщенной жидкостью пористой среды в переходном кипении наблюдаемого нами NBHT.

Рисунок 4

Явление водопоглощения на BGL и SFG.

(a) Сканирующий электронный микроскоп (E-SEM) – наблюдение за поглощением воды на SFG. На начальном этапе в окружающей среде образуется множество мелких капель воды. По мере роста капель воды со временем большое количество капель воды, отмеченных красной точкой, поглощается SFG.(б) Капля воды на границе между каплей воды и соединением SFG. По мере того, как капля воды со временем уменьшается, смачиваемое соединение SFG можно наблюдать в кружке с красной точкой. Это тройное движение линии показывает характеристики закрепления, и это означает, что смачиваемое соединение проявляет гидрофильные свойства.

Границы | Производство и характеристика пенопластов TES-EPDM с парафином для терморегулирования

Введение

Чтобы ограничить последствия глобального потепления, необходимо найти решения, способные ограничить потребление энергии зданиями.В последние годы экологические нормы, изданные правительствами в ответ на постоянный рост мирового спроса на энергию, стимулировали исследования инновационных технологий хранения тепловой энергии (TES) (Mofijur et al., 2019). Алексиадис (2007) показал, что выбросы CO 2 , связанные с деятельностью человека, стали основной движущей силой глобального потепления, и, кроме того, жилые и третичные здания ответственны за потребление 46% потребности в энергии и за высвобождение 19% выбросов CO 2 (Hongois et al., 2011). Учитывая, что ежегодная солнечная энергия, попадающая на здания, превышает потребность в энергии для горячего водоснабжения и отопления, возможность хранения этой тепловой энергии может стать инновационным способом снижения потребности в энергии (Hongois et al., 2011). Системы накопления энергии основаны на аккумулировании различных форм энергии (тепловой, электрической, химической и т. д.) при их наличии с целью использования в более позднее время (Hongois et al., 2011; Fernandes et al., 2012; Anisur). и др., 2013).Системы TES хранят сезонную или суточную тепловую энергию в накопителе, чтобы использовать ее в более позднее время (т. е. энергия, хранящаяся летом, для использования зимой; Hongois et al., 2011) или для ограничения поглощения энергии. пики из-за кондиционирования зданий (Бо и др., 2004; Мешгин и др., 2012). Для хранения большого количества тепловой энергии особый интерес представляют системы ТЭС со скрытой теплотой: принцип их работы заключается в переходе материала из физического состояния в другое состояние, и по этой причине они называются материалами с фазовым переходом (ПКМ) ( Бо и др., 1999; Пэн и др., 2004 г.; Боррегеро и др., 2010 г.; Доригато и др., 2017b). Примерами ПХМ являются парафиновые воски (Pielichowska and Pielichowski, 2014; de Gracia and Cabeza, 2015; Fredi et al., 2017; Galvagnini et al., 2020; Valentini et al., 2021), полиэтиленгликоль (ПЭГ; Dorigato et al. , 2019) и жирные спирты (Valentini et al., 2020). Парафины представляют собой органические ПХМ, широко используемые для терморегуляции зданий (Borreguero et al., 2010; Castellon et al., 2010), спортивной одежды (Rigotti et al., 2018), умных тканей (Fallahi et al., 2010; Салаун и др., 2010; Fredi et al., 2018), благодаря их низкой стоимости, высокой теплоте плавления, заметной химической стабильности и широкому диапазону температур плавления (Bo et al., 1999, 2004; Peng et al., 2004). Для практического использования ПКМ необходимо ограничить инкапсуляцией (Fredi et al., 2018, 2019) или стабилизацией формы (Phadungphatthanakoon et al., 2011; Dorigato et al., 2017a; Fredi et al., 2017). ) во избежание их утечки после процесса плавления. Стабилизация формы может быть выполнена с использованием полимерных матриц, таких как полиэтилен высокой плотности (Hong and Xin-shi, 2000), полипропилен (Krupa et al., 2007), поли(метилметакрилат) (Sari et al., 2009), сополимеры полиуретана (Cao and Pengsheng, 2006), акриловые смолы (Kaygusuz et al., 2008), стирол-бутадиен-стирольный каучук и этилен-пропилендиен. мономерный (EPDM) каучук (Valentini et al., 2021).

Вспененные каучуки представляют собой вспененные материалы, пористость которых достигается с помощью химических или физических вспенивающих агентов, которые широко используются для производства теплоизоляционных материалов, прокладок и звукопоглощающих материалов (Dutta and Cakmak, 1992; Yamsaengsung and Sombatsompop, 2008). ; Вимолмала и др., 2009). Физические пенообразователи (такие как вода, углеводороды и т. д.) расширяются вследствие снижения давления или повышения температуры (Saechtling, 2006), в то время как химические пенообразователи (такие как карбонаты натрия и калия, азодикарбонамид и т. д.) вызывают расширение материал из-за их разложения при высокой температуре и выделения указанных газов (CO 2 , азот; Michaeli and Sitz, 2010; Stehr, 2015; Hopmann et al., 2016). Вспененные каучуки могут быть изготовлены из натурального каучука (NR; Kim et al., 2007; Наджиб и др., 2011 г.; Bashir et al., 2012) или синтетический каучук, такой как стирол-бутадиеновый каучук (SBR; Nah et al., 2001; Choi et al., 2004), акрилонитрилбутадиеновый каучук (NBR; El Lawindy et al., 2002; Mahmoud et al. al., 2006), хлорированный полиэтиленовый каучук (CPE; Zhang et al., 2010), полихлоропреновый каучук (CR; Bardy et al., 2005) и каучук EPDM (El Lawindy et al., 2002; Zakaria et al., 2007; Yamsaengsung and Sombatsompop, 2009; Valentini et al., 2021). В частности, пены EPDM используются в производстве прокладок, уплотнительных колец, оконных уплотнителей, ремней, электроизоляции кабелей и гидроизоляционных мембран (Datta, 2001).

В текущем контексте экологических проблем, связанных с деятельностью человека, следует также учитывать снижение воздействия, связанного с пенообразователями. Большинство из них действительно опасны для здоровья человека, и их использование запрещено в ЕС (Hopmann et al., 2016; Европейское химическое агентство, 2020). Потенциальной альтернативой использованию коммерческих пенообразователей является метод солевого выщелачивания: он заключается в диспергировании водорастворимых частиц (например, хлорида натрия) в материале в процессе производства и последующем растворении в горячей воде с образование пористой сотовой сети (Oh et al., 2003; Мосанензаде и др., 2013; Scaffaro et al., 2016c,d). Эта технология была успешно предложена для производства пористых полимерных матриксов для тканевой инженерии (Scaffaro et al., 2016b,c,d), однослойных резиновых штампов из каучука NBR (Trakanpruk and Rodthong, 2008) и мягких сенсоров из силикона. каучук (Chen et al., 2019).

Несмотря на меньшее воздействие на окружающую среду, связанное с производством эластомерных пен с использованием метода «выщелачивания частиц», в открытой литературе сообщается лишь о нескольких исследованиях по этой теме (Trakanpruk and Rodthong, 2008; Chen et al., 2019). Кроме того, в открытой литературе отсутствуют исследования по использованию этой технологии для получения эластомерных пенопластов, способных стабилизировать форму парафина.

На основании этих соображений и принимая во внимание потребность в новых материалах для снижения энергопотребления зданий, целью данной работы является применение метода солевого выщелачивания для производства парафинсодержащих вспененных каучуков EPDM и TES- Пены EPDM, которые являются многообещающими материалами для приложений TES.

Материалы и методы

Материалы

В качестве ПКМ был правильно выбран товарный твердый парафин для накопления/выделения тепловой энергии в тепловом интервале, близком к комнатной температуре, т.е. ) около 190 Дж/г, как заявлено в техническом паспорте производителя (Rubitherm GmbH-Берлин, Германия; Rubitherm, 2020).

Этилен-пропилен-диеновый мономерный каучук Vistalon ® 2504, содержащий 58 мас.% этилена и 4.7 мас.% этилиденнорборнена с вязкостью по Муни 25 МЕ (ML 1+4 при 125°C, согласно ASTM D1646) закупали у Exxon Mobil (Ирвинг, Техас, США). Серу (вулканизирующий агент), оксид цинка (активатор отверждения) и стеариновую кислоту (активатор отверждения и смазывающий агент) поставляли Rhein Chemie (Кельн, Германия). Технический углерод Н550 (армирующий наполнитель) был закуплен у Омск Карбон групп (Омск, Россия). Дибутилдитиокарбамат цинка (ZDBC) и тетраметилтиурамдисульфид (TMTD), ускорители, были получены от Vibiplast srl (Castano Primo, MI, Италия).ПЭГ с молекулярной массой 2000 Да был приобретен у Alfa Aesar (Kandel, Германия) и использовался для соединения частиц соли и повышения эффективности выщелачивания.

Эластомерный компаунд, использованный для приготовления образцов, состоял из Vistalon ® 2504 (100 частей на 100 частей), серы (3 части на 100 частей), оксида цинка (3 части на 100 частей), стеариновой кислоты (1 часть на 100 частей), сажи (20 частей на 100 частей), ZDBC (2,5 части) и TMTD (0,87 части). Контрольное количество Vistalon ® 2504, использованное для приготовления образцов, составляло 13.6 г.

Хлорид натрия (плотность 2,16 г/см 3 ) технического качества измельчали ​​и просеивали на две фракции с использованием сита 230 и 200 меш для получения двух наборов гранулометрических показателей в диапазоне 60–80. мкм и 80–100 мкм соответственно. Эти гранулометрии были выбраны в соответствии с результатами предыдущих исследований, поскольку они позволили минимизировать остаточное содержание солей и оптимизировать однородность материала (Zonta et al., 2021). Затем измельченные частицы соли сушили и хранили в печи при 60°С.

Подготовка проб

Вспененные этилен-пропилен-диеновые мономеры получали путем компаундирования расплава во внутреннем смесителе (Thermo Haake Rheomix ® 600), оборудованном роторами, вращающимися в противоположных направлениях. Температуру компаундирования фиксировали на уровне 40°С, а скорость вращения ротора устанавливали на уровне 50 об/мин. Сначала в смеситель с сажей подавали СКЭПТ и перемешивали 5 мин, затем добавляли вулканизирующий агент и добавки и перемешивали 5 мин. Затем в смеситель постепенно добавляли 305 частей NaCl и 30 частей PEG, чтобы получить мелкодисперсный и однородно диспергированный порошок.Общее время перемешивания равнялось 15 мин. Процесс вулканизации полученных составов проводили в горячем прессе под давлением 2 бар и при температуре 170°С в течение 20 мин. Наконец, NaCl и ПЭГ удаляли выщелачиванием в ванне с деминерализованной водой при температуре 80°С в течение 3 ч. Затем образцы сушили в течение ночи в печи при 60°С. Таким образом были получены квадратные листы вспененного СКЭПТ (110×110×5 мм). Производственный процесс и относительные параметры, используемые в этой работе, были оптимизированы в предыдущих исследованиях этих систем (Zonta et al., 2021). Предварительный анализ этой работы был проведен с целью проверки оптимального количества соли, используемой для процесса выщелачивания. Были приготовлены образцы, содержащие 285, 305 и 325 частей соли: было подтверждено, что большее количество приводило к потере соли в процессе смешивания, что приводило к неоднородному смешиванию, а меньшее количество NaCl приводило к присутствию соли. высокое содержание остаточной соли из-за неэффективной взаимосвязи в процессе выщелачивания.

Добавление парафина к материалу осуществлялось путем прямого погружения вулканизированных образцов в ванну RT21HC, предварительно нагретую до 40°C, и происходило в течение 60 с.Пена EPDM сначала плавала в расплавленном парафине, а затем быстро тонула; после выделения пузырьков воздуха пена ТЭС-ЭПДМ извлекалась и сбрасывалась. Определение эффективного содержания парафина в пенопластах было проведено с помощью испытаний на утечку (см. раздел «Экспериментальные методы»). Схематическое изображение процесса показано на рисунке 1А.

Рисунок 1 . Схема процесса пропитки парафином для производства пены (А) (А) (А) и результаты испытаний на герметичность при 40°С в пересчете на: (Б) Массовый процент парафина и объемный процент парафина (C) до 38 дней.

Готовые пены СКЭПТ и ТЭС-ЭПДМ: NaCl 60-80 (без ПКМ), NaCl 80-100_ПКМ, NaCl 60-80_ПКМ и NaCl 50/50_ПКМ. Названия состоят из термина NaCl, за которым следует размер соли в микронах, используемой для производства. Образец NaCl 50/50 был получен при использовании 50 мас. % частиц соли размером 60–80 мкм и 50 мас. % соли размером 80–100 мкм. В качестве эталонного материала без парафина был выбран образец NaCl 60-80 (Zonta et al., 2021). Для идентификации пен с парафином использовали суффикс ПКМ.

Экспериментальные методы

Способность подготовленных материалов удерживать парафин была исследована с помощью теста на утечку, проведенного в печи при температуре 40°C. Образцы пенопласта после погружения в парафин помещали в печь на впитывающую бумажную салфетку и контролировали массу образцов в течение 38 дней, чтобы определить максимальное количество парафина, которое они способны удержать. Остаточное содержание парафина рассчитывали как весовую и объемную доли по отношению к весу каждого образца без парафина.Затем образцы использовали для последующей характеристики.

Криогенные трещины на поверхности пен наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) Jeol IT300, работающего при ускоряющем напряжении 10 кВ при 1000-кратном увеличении и при 20 кВ при 100-кратном увеличении. Перед наблюдениями образцы металлизировали в вакууме путем нанесения тонкого электропроводящего покрытия Pt/Pd.

Измерения пикнометрической плотности

picn ) проводили с использованием гелиевого пикнометра AccuPycII 1330 (Micrometrics Instrument Corporation, Норкросс, Джорджия, США), работающего при температуре 23°C.Для каждого образца было выполнено 30 измерений. Геометрическая плотность [ρ геом; т. е. массу по всему объему, включая твердую фазу, закрытую и открытую пористость (OP)] определяли на цилиндрических образцах (толщина 5 мм и диаметр 10 мм) путем измерения массы на аналитических весах Gibertin E42 (чувствительность 0,1 мг). и их размеры с помощью штангенциркуля (разрешение 0,01 мм). Для каждого образца испытывали пять образцов. Следуя стандарту ASTM D6226, можно было рассчитать общую пористость ( P tot ) и процентное содержание OP по уравнениям (1, 2):

Ptot=(1−ρgeomρbulk)*100    (1) OP=(1−ρgeomρpicn)*100    (2)

, где ρ насыпной — плотность сыпучих материалов (также с учетом содержания парафина), рассчитанная с учетом относительного количества этилен-пропилен-диен-каучука и парафина (определяется после 38-дневного испытания на герметичность) и с учетом плотности ЭПДМ [т.е.е., 1,042 г/см 3 , в соответствии со значениями, приведенными в литературе (Wang et al., 2006)] и жидкого парафина (т.е. 0,77 г/см 3 , в соответствии с техническими данными лист).

С помощью термогравиметрического анализа (ТГА) было проведено исследование характеристик термической деградации подготовленных материалов с целью оценки влияния процесса вспенивания на стойкость материалов к деградации. ТГА проводили на ИК-термовесах ТА-I Q5000 (чувствительность 1 × 10 -4 мг) в токе азота (10 см 3 /мин) в интервале температур от 30 до 700°С, при скорости нагрева 10°C/мин.Температура, связанная с потерей массы 2 % (T 2 % ), температура, связанная с максимальной скоростью разложения ( T пик ), потеря массы в диапазоне 100–230°C (m 100-230 ), остаточная масса при 230°С (м 230 ), потеря массы в интервале 230-415°С (м 230-415 ), остаточная масса при 415°С (м 415 ), остаточную массу при 700°С (m 700 ).

Тесты дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) были проведены на приготовленных пенах с использованием калориметра Mettler DSC30 в токе азота (100 см 3 /мин) с термическим циклом нагрева/охлаждения/нагревания в диапазоне от -30 до 60°С при 10°С/мин и при 1°С/мин.Таким образом, температура плавления при первом сканировании нагрева и втором сканировании нагрева ( T m 1 , T m 2 ), температура кристаллизации ( T ,), а также специфические значения плавления и кристаллизации (δ h м 1 , δ г , δ м м 2 ) Объемную удельную энтальпию P оценивали путем умножения значений энтальпии на геометрическую плотность каждого образца (ρ геом ), т.е.e., Как

2 P = Δ = Δ H

M 1
× ρ Geom и P C = Δ H C × ρ геом соответственно. В случае парафина использовались значения плотности, указанные в техническом паспорте (0,88 г/см 3 в твердом состоянии, 0,77 г/см 3 в жидком состоянии). Кроме того, эффективное содержание ПКМ в пенах определяли в первом сканировании нагрева (PCMm1eff), сканировании охлаждения (PCMmceff) и втором сканировании нагрева (PCMm2eff) как отношение между удельной энтальпией образцов и соответствующей удельной энтальпией. значения чистого парафина, RT21HC (PCM), как показано в уравнениях (3–5):

PCMm1eff=(ΔHm1ΔHm1PCM)·100    (3) PCMceff=(ΔHcΔHcPCM)·100    (4) PCMm2эфф=(ΔHm2ΔHm2PCM)·100    (5)

где δ h m

, δ h , δ h C C PCM , δ H M 2PCM – соответственно, конкретные энтальпии, связанные с плавлением во время первого нагрева сканирование, кристаллизация на стадии охлаждения и плавление во время второго сканирования нагрева чистого ПКМ.Для испытаний при 10°С/мин были выбраны интервалы интегрирования от -20 до 60°С и от 20 до -30°С при нагреве и охлаждении соответственно. В случае низкой скорости нагрева/охлаждения (±1°C/мин) интегрирование термограмм СКЭПТ/парафин представляли как сумму двух пиков (первый наблюдался при температуре около -10°C, а второй – при температуре около 19°C). °С), а также определяли относительное содержание ПКМ.

Испытания на твердость по Шору А

проводились с использованием дюрометра Hilderbrand в соответствии со стандартом ASTM D2240.Квадратные образцы шириной 20 мм и толщиной 6 мм испытывали после прижатия индентора к образцу на время, равное 10 с. Испытания проводили при 0 и 40°С, т.е. ниже и выше температуры плавления парафина соответственно. Для каждого состава проводили не менее 10 измерений.

Свойства на сжатие в квазистатических условиях измеряли на квадратных образцах с размерами 15 × 15 × 5 мм на разрывной машине Instron 5969, оснащенной тензодатчиком 10 кН и работающей при скорости траверсы 1 мм. /мин.Модуль сжатия, нормированный по геометрической плотности каждого образца ( E N ), измеряли как секущую между уровнями деформации 0,1 и 0,5 мм/мм. Также была оценена деформация образцов, соответствующая напряжению, равному 5 МПа (ε 5 ). Кроме того, были рассчитаны значения напряжения (нормированные на геометрическую плотность каждого образца), соответствующие деформации 0,6 мм/мм (σ 0,6 ). Для каждого состава испытывали не менее пяти образцов.

Измерения остаточной деформации при сжатии (CS) проводились в соответствии со стандартом ASTM D395-85 в течение 22 часов при 70°C и при 0°C. Измерения восстановления проводились через 30 мин. Испытываемые образцы имели диаметр 12 мм и толщину около 6 мм, а промежуточные стержни имели толщину 4,5 мм. В случае испытания при 0°C толщину образцов также контролировали в течение 260 мин, чтобы проследить изменение значений CS в зависимости от времени (из-за повышения температуры и последующего плавления парафина).

CS ( C b ) был оценен в соответствии с уравнением (6):

Cb= t0-tit0-tu×100    (6)

, где t 0 — начальная толщина образца, t i — окончательная толщина, а t u — толщина промежуточных стержней.

Тепловые энергетические характеристики пенопластов TES-EPDM были исследованы путем контроля температуры их поверхности с помощью ИК-тепловизорной камеры FLIR E60 (коэффициент излучения = 0.95). Образцы предварительно кондиционировали в печи при температуре 40°C в течение ночи, а затем помещали во влажностную камеру при температуре 5°C. Затем температуру поверхности контролировали до тех пор, пока не было достигнуто тепловое равновесие между образцами и окружающей средой. Таким же образом образцы охлаждали в холодильнике при -20°С в течение ночи, а затем помещали в печь при температуре 40°С. Затем температуру поверхности контролировали в течение 75 мин. В испытаниях на нагрев оценивалось время, необходимое для достижения температуры 30 °C ( t 30 ) и 40 °C ( t 40 ), в испытании на охлаждение — время, необходимое для достижения была определена температура 10°C ( t 10 ) и 5°C ( t 5 ).

Надежность материалов с точки зрения способности удерживать парафин после нескольких циклов плавления/кристаллизации оценивалась в соответствии с двумя последовательностями испытаний.

Последовательность 1: три пенопласта TES-EPDM были испытаны в течение 10 дней, выполняя 240 циклов нагрева/охлаждения от 0 до 40°C с использованием гигростатической камеры Angelantoni. Продолжительность каждого цикла составляла 1 час, и каждый образец тестировался на различных подложках: писчей бумаге (плотность 80 г/м 2 ), впитывающей бумаге (грамм 40 г/м 2 ) и алюминиевой фольге (толщина 10 мкм). ).Взвешивали каждый образец до и после испытания и оценивали остаточное содержание ПКМ. Кроме того, остаточная емкость ТЭС (Residual TES) была оценена для трех образцов в конце первой последовательности циклов с учетом остаточного содержания ПКМ и энтальпии плавления, оцененной во втором сканировании теста ДСК при 1°C/мин. .

Последовательность 2: после циклов, описанных в Последовательности 1, образцы (1) хранились в течение 3 месяцев при комнатной температуре выше T m ; (2) затем подвергают двум коротким циклам от 0 до 40°С на той же подложке; и (3) в конечном итоге хранить на трех субстратах при 40°С в течение 7 дней и при 0°С еще 7 дней.Характеристики трех пенопластов TES-EPDM в конце последовательности 2 определяли с точки зрения остаточного содержания PCM и, следовательно, как Residual TES (остаточная емкость TES).

Результаты и обсуждение

Способность производимых пенопластов удерживать парафин была исследована с помощью испытаний на утечку. Результаты представлены на рисунках 1B,C.

Из результатов, представленных на рис. 1В, можно заметить, что полученные образцы демонстрируют аналогичные характеристики поглощения и способны поглощать огромное количество парафина (до 75% масс.).Избыток парафина в основном теряется в 1-й день испытания на герметичность из-за большого количества остатков парафина на поверхности образцов. Начиная с 5-го дня испытания на герметичность потери парафина очень низкие и составляют ~0 через 30 дней. Образец NaCl 80-100_PCM показывает самое высокое содержание парафина в конце испытания (т.е. 62,5 мас.%), за ним следуют NaCl 60-80_PCM (62,1 мас.%) и NaCl 50/50_PCM (60,4 мас.%). Из результатов, представленных на рисунке 1C, можно заметить, что полученные пенопласты способны поглощать до 160 об.% парафина, и такое огромное поглощение возможно из-за увеличения объема пены EPDM при добавлении PCM.Тенденция потери парафина, показанная на рисунке 1C, подтверждает, что утечка парафина происходит в основном в течение первых 5–10 дней испытания, а через 38 дней образец NaCl 80-100_PCM способен удерживать количество парафина, равное 86,4. об.%, образец NaCl 60-80_PCM с содержанием парафина 87,3 об.% и образец NaCl 50/50_PCM с содержанием парафина 79,4 об.%. В соответствии с информацией, полученной в результате этого испытания, становится ясно, что приготовление образцов с меньшим количеством парафина по отношению к остаточному содержанию парафина, показанному на рисунке 1, позволяет избежать любой утечки парафина из образцов.В этих условиях вместо микрокапсулированных систем можно использовать свободный парафин, что дает существенную экономию средств и более высокие характеристики ТЭС.

Наблюдения с помощью сканирующего электронного микроскопа были выполнены для анализа морфологических особенностей полученных образцов и проверки роли парафиновой абсорбции. Глядя на микрофотографии при 100-кратном увеличении, представленные на рисунках 2А,С,Е, можно наблюдать присутствие ОП с более низкой концентрацией и меньшими размерами по сравнению с пористостью, наблюдаемой в соответствующих пенах СКЭПТ без парафина, представленных в предыдущая работа (Zonta et al., 2021). При этом увеличении присутствие парафина не может быть обнаружено, однако можно предположить, что более низкая концентрация пор обусловлена ​​наличием парафина, частично заполняющего поры.

Рисунок 2 . Сканирующий электронный микроскоп (SEM) микрофотографии приготовленных пен TES-EPDM при определенном увеличении: (A) NaCl 80-100_PCM (100x), (B) NaCl 80-100_PCM (1000x), (C) NaCl 60-80_PCM (100x), (D) NaCl 60-80_PCM (1000x), (E) NaCl 50/50_PCM (100x) и (F) NaCl 50/50_PCM (1000x).

На микрофотографиях при большем увеличении (1000x), представленных на рисунках 2B,D,F, видно, что парафин равномерно распределяется по поверхности материала, образуя покрывающий слой. Такое поведение уже наблюдалось в предыдущей работе с пенами EPDM, полученными с использованием обычных пенообразователей, в которые парафин добавлялся в процессе производства (Valentini et al., 2021). Учитывая тот факт, что парафин частично заполняет пористость и присутствует на поверхностях излома, можно предположить, что после погружения образцов в расплавленный ПКМ он следовал по пути, созданному ПП, для диффундирования в материалы, а затем частично поглощается матрицей EPDM, что определяет наблюдаемое увеличение объема.

Для корреляции морфологии приготовленных образцов со значениями их пористости были проведены измерения плотности. Из результатов, приведенных в таблице 1, можно заметить, что образцы, содержащие парафин, характеризуются значениями плотности, практически равными значениям плотности эталонного образца без парафина (NaCl 60-80) из-за увеличения объема, связанного с добавлением парафина. . Значения пористости составляют около 54 % (т. е. ниже 64 %, обнаруженных для ненаполненной пены), и на них, по-видимому, не влияет размер соли, используемой для изготовления образцов.Глядя на значения ρ picn , можно заметить, что они выше по сравнению с соответствующими значениями ρ geom , но ниже по сравнению со значением ρ picn образца NaCl 60-80: причина такое поведение может быть связано с наличием парафина внутри пористости пен, что приводит к более низкому содержанию пористости этих образцов. Следует отметить, что общая пористость принималась равной ОП: наличие невыщелоченной соли приводит к более высокому значению ОП за счет ее большей плотности (2.16 г/см 3 ; Scaffaro et al., 2016a) по сравнению с матрицей из EPDM.

Таблица 1 . Значения плотности и пористости приготовленных этилен-пропилен-диеновых мономеров (EPDM) и пенопластов EPDM с накоплением тепловой энергии (TES-).

Термогравиметрические кривые испытанных образцов вместе с соответствующими производными кривыми представлены на рисунках 3A, B, а наиболее значимые результаты представлены в таблице 2.

Рисунок 3 . Кривые термогравиметрического анализа (ТГА): остаточная масса (А) и производная потери массы (В) .

Таблица 2 . Результаты термогравиметрического анализа (ТГА) пен СКЭПТ и ТЭС-СКЭПТ.

Пена NaCl 60-80 демонстрирует первоначальную потерю веса около 2% в диапазоне 180–230°C, что может быть связано с потерей наиболее летучих материалов, таких как низкомолекулярные пластификаторы и масла. Разложение вспененного каучука происходит в две стадии: основная стадия разложения наблюдается в диапазоне 230–415°С и связана с потерей массы, связанной с ОП (Zonta et al., 2021), за которым следует второй этап разложения остаточного сыпучего материала примерно до 500°C. Более того, от 520°С до примерно 540°С потеря массы может быть связана с термолизом сажи.

В образцах, содержащих парафин, наблюдается основная стадия разложения в интервале 150–230°C с максимальной скоростью около 185°C (T пик ), что связано с разложением ПКМ: значения m 100−230 подтверждают значения содержания парафина в трех образцах около 63%, что хорошо согласуется с гравиметрической оценкой утечки ПКМ (рис. 1).По разнице остаточной массы при 230°С (т 230 ) и 415°С (т 415 ) можно рассчитать начальную потерю массы каучуковой фазы около 47% в случае простой пены NaCl. 60-80 и около 43% для NaCl 60-80 ПКМ (после нормализации и исключения потери парафина), и аналогичные результаты можно было рассчитать для других поролонов ПКМ. Кроме того, при температуре выше 415°C можно было наблюдать аналогичную тенденцию потери массы для второй стадии деградации вспененного каучука при сравнении значений m 415 и m 700 для образцов с PCM или без него.Термограммы ТГА и производные кривые свидетельствуют об аналогичном температурном интервале, хотя интенсивность потери массы обратно пропорциональна исходному содержанию парафинов.

Остаток при 700°C (m 700 ) образца NaCl 60-80, около 6 мас.%, соответствует наличию неорганических побочных продуктов, полученных в результате разложения обычных составных добавок и остаточной соли в эластомерная матрица. Значения m 700 образцов NaCl 80-100_ПКМ, NaCl 60-80_ПКМ и NaCl 50/50_ПКМ на 50-60% ниже по сравнению с пенами NaCl 60-80 за счет полного разложения парафина, происходящего при более низкой температура.Нормируя данные с исключением парафина, можно также оценить реальный остаток ( R ) по отношению к основному содержанию каучука, как показано в уравнении (7).

R=100*m700m230    (7)

Фактический остаток составляет 6,0 % для NaCl 60-80 и 6,1 % для NaCl 60-80_PCM, в то время как результат составляет 7,4 % для NaCl 80-100_PCM и 8,1 % для NaCl 50-50_PCM, где, вероятно, еще некоторое количество солей осталось в пенорезине.

Термограммы испытаний ДСК, проведенных при 10°C/мин для тестируемых образцов и чистого парафина, представлены на рисунках 4A–C, а наиболее значимые результаты перечислены в таблице 3.

Рисунок 4 . Кривые дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) пены TES-EPDM и материала с фазовым переходом (PCM) при ±10°C/мин: (A) первое сканирование нагрева, (B) сканирование охлаждения и (C) секунды нагревательного сканирования.

Таблица 3 . Выбранные данные температуры/энтальпии в цикле нагревание-охлаждение-нагревание, выполненные в дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) при 10°C/мин.

На термограммах, представленных на рисунках 4A–C, можно наблюдать пик плавления PCM при температуре около 21°C, интенсивность которого пропорциональна содержанию парафина в каждом образце.Вторичный пик плавления при более низкой температуре также виден только на кривой RT21HC в диапазоне от -15°С до 0°С либо при первом нагреве, либо при втором нагреве. Вероятно, это связано с присутствием низкомолекулярной фракции парафина в ПКМ с более низкой температурой плавления и более низкой температурой кристаллизации, как показано на рисунке 4В. С другой стороны, термограммы пен ПКМ не показывают четкий вторичный пик, а только более широкое плечо при более низкой температуре основного плавления (рис. 4А, С) и пики кристаллизации (рис. 4Б).

По температуре плавления при первом сканировании и втором сканировании, T m 1 и T m 2 значений пены TES-EPDM можно наблюдать сдвиг в сторону более высоких значений. температурах от 20 до 23°С, что можно объяснить низкой теплопроводностью матрицы из вспененного СКЭПТ. По тем же причинам значения T c пены TES-EPDM также ниже по сравнению с температурой кристаллизации PCM (около 6°C вместо 12°C).Анализируя Δ H m 1 и Δ H m 2 , можно заметить, что образцы NaCl 80-100_PCM, NaCl 60-80_PCM5 показывают интересные Способность TES в диапазоне от -20 до -60 ° C (около 120 Дж / г). В частности, можно особенно заметить, что энтальпии плавления пропорциональны количеству парафина. Сравнивая PCMm1eff и PCMm2eff с данными, представленными на рисунках 1B,C, и со значениями m 100−230 , представленными в таблице 2, можно заметить, что все результаты сопоставимы друг с другом и что эффективное содержание парафина составляет около 60–64 % для всех образцов.Объемный тепловой параметр полученных пен ( P тепло ) составляет около 60–64 Дж/см 3 . Можно заметить, что тепловые свойства при охлаждении (Δ H c , P cool , PCMceff) ниже по сравнению со свойствами при нагреве: такое поведение обусловлено сдвигом кривые в сторону более низких температур, что препятствует правильной оценке кристаллизационных свойств. Образец NaCl 60-80_ПКМ характеризуется наиболее высокими теплотехническими показателями как по относительным энтальпиям плавления и кристаллизации (ΔHм1отн, ΔHкрел, ΔHм2отн), так и по объемному параметру ТЭС ( P тепло , P холод ) .Лучшие характеристики образца NaCl 60-80_PCM можно объяснить неоднородным распределением парафина в объеме приготовленных пенопластов. В любом случае следует отметить, что термические свойства трех образцов практически одинаковы. Сравнивая результаты второго нагревательного сканирования с результатами первого нагревательного сканирования, можно заметить, что они одинаковы для трех образцов (118–124 Дж/г): нет изменения термического КПД в процессе термообработки. цикла, подтверждая способность всех произведенных пенопластов удерживать парафин как в процессах плавления, так и в процессах охлаждения от -30 до 60°C.

Значения А по Шору

, приведенные в Таблице 4, свидетельствуют о низкой твердости пены NaCl 60-80 и демонстрируют высокую пористость этого материала. В случае NaCl 60-80 влияние температуры на твердость материала очень ограничено, в то время как в случае образцов, содержащих парафин, эффект отчетливо виден из-за фазового перехода ПКМ, происходящего при температуре около 21°С. С. В частности, образцом с самой высокой твердостью является NaCl 80-100_PCM, который показывает значение, равное 13.3 при 0°C и 5,3 при 40°C, в то время как самые низкие значения имеют NaCl 50/50_PCM, который показывает значение, равное 6,8 при 0°C и 2,6 при 40°C.

Таблица 4 . Сравнение результатов испытаний на твердость по Шору А, квазистатическое сжатие (нормированный модуль, выбранное напряжение и деформация) и остаточной деформации при сжатии (CS) пен EPDM и TES-EPDM при различных температурах.

Кривые сжатия пен EPDM и TES-EPDM ниже и выше комнатной температуры сравниваются на рисунках 5A, B, а основные результаты сведены в таблицу 4.Сразу бросается в глаза роль парафина на механические свойства при различных температурах. При 0°С за счет присутствия твердого парафина образцы NaCl 80-100_ПКМ, NaCl 60-80_ПКМ и NaCl 50/50_ПКМ характеризуются значениями модуля упругости, несколько превышающими значения NaCl 60-80. . Кривые характеризуются очень большим плато напряжения, которое связано с прогрессирующей деформацией пористости, за которым следует свидетельство увеличения наклона кривых, когда происходит уплотнение.Деформацию, при которой начинается уплотнение, можно определить, взглянув на значения ε 5 : она составляет около 0,67 мм/мм в случае NaCl 60-80 и при несколько большей деформации в случае образцов, содержащих парафин (от 0,70 мм/мм в случае NaCl 60-80_PCM до 0,77 мм/мм в случае NaCl 80-100_PCM). Учитывая напряжение 0,6 % (σ 0,6 ), можно показать свидетельство наивысшего значения (5,47 МПа см 3 /г) для образца NaCl 60-80_PCM, за которым следуют NaCl 80-100_PCM и NaCl 50/50_PCM со значениями ниже, чем NaCl 60-80 (3.7 МПа см 3 /г).

Рисунок 5 . Репрезентативные кривые деформации при сжатии (A) при 0°C и (B) при 40°C, полученные в результате квазистатических испытаний пенопластов EPDM и TES-EPDM.

При 40°С образцы NaCl 80-100_ПКМ, NaCl 60-80_ПКМ и NaCl 50/50_ПКМ характеризуются значениями модуля сжатия, почти вдвое меньшими по сравнению со значениями, полученными при 0°С из-за наличия жидкой парафин, который действует как смягчитель эластомерной матрицы.Это поведение можно легко обнаружить, взглянув на кривые, представленные на рисунке 5B: плато напряжения характеризуется чрезвычайно низкими значениями напряжения, как это можно заметить, глядя на σ 0,6 : значения напряжения, вызывающие деформацию пористости, равны около 1 МПа см 3 /г, и разница более заметна по сравнению с NaCl 60-80. Плато заканчивается при уровне деформации около 0,76 мм/мм, как показано на значениях ε 5 , где происходит быстрое уплотнение и вызывает сильное увеличение напряжения.

Глядя на значения остаточной деформации, полученные из CS, указанные в таблице 4, можно наблюдать влияние температуры на образцы, содержащие парафин. При 70°С образцы NaCl 80-100_ПКМ, NaCl 60-80_ПКМ и NaCl 50/50_ПКМ способны полностью восстановить деформацию, возникшую во время испытания. Наоборот, при 0°С образцы практически не восстанавливают деформацию со значениями КС выше 95%. При 23°C значения CS представляют собой среднее значение между значениями, полученными при 0 и 70°C.В случае образцов, содержащих парафин, значения CS характеризуются повышенным стандартным отклонением из-за близости к температуре плавления парафина. Таким образом, можно сделать вывод, что рабочая температура может полностью изменить поведение этих пен из-за сильной роли парафина, действующего как смягчитель и отвердитель при высокой температуре и низкой температуре. При изменении гранулометрического состава соли в пенопластах, наполненных ПКМ, существенных различий не наблюдается.

Значения остаточной деформации при сжатии образцов, содержащих парафин, хранящихся при 0°C, имеют тенденцию к снижению в течение времени восстановления, примерно до 4 часов, как показано на рис. 6, из-за повышения температуры, вызывающего плавление парафина.Можно заметить, что первое быстрое увеличение до 60 минут, за которым следует второе медленное увеличение с платоподобной тенденцией от 60 до 120 минут (вероятно, из-за плавления парафина) и окончательное быстрое увеличение в течение 140 минут приводит к полному исчезновению. восстановление деформации испытанных образцов.

Рисунок 6 . Значения остаточной деформации при сжатии (CS) пенопластов TES-EPDM, хранившихся при 0°C в течение 22 часов и испытанных при комнатной температуре, в зависимости от времени после восстановления между 30 и 260 мин.

На рисунках 7A, B представлены результаты тепловизионного испытания пенопластов EPDM и TES-EPDM.На стадии нагревания (рис. 7А) для образцов NaCl 80-100_PCM, NaCl 60-80_PCM и NaCl 50/50_PCM температура повышается с платообразной тенденцией из-за плавления парафина при температуре около 25°C, в то время как образец NaCl 60-80 быстро достигает конечной температуры из-за отсутствия ПКМ. Для пен с ПКМ скорости нагрева вначале очень высокие (до 4°С/мин), затем достигают временной стабилизации около 1°С/мин (соответствует начальной стадии плавления парафина), за которой следует второе плато около 0.4°С/мин до полного расплавления парафина (т. е. в интервале температур 20–30°С).

Рисунок 7 . Профили температуры поверхности пен EPDM и TES-EPDM и соответствующая скорость теплового изменения после тепловизионных испытаний на стадии нагрева (A) от −20 до 40°C и стадии охлаждения (B) с 40 до 5 °С за 75 мин.

Аналогичное поведение наблюдается при охлаждении (рис. 7Б): температура снижается с платообразным трендом из-за кристаллизации ПКМ при температуре около 22°С, в то время как образец NaCl 60-80 быстро достигает конечной температуры.Скорости охлаждения вначале очень высокие (до 4°С/мин), затем они замедляются, достигая плато около 0,4°С/мин, которое продолжается до полной кристаллизации парафина (т.е. в интервале температур 10-20°С). С).

Результаты тепловизионного исследования приведены в таблице 5 и показывают, что при нагревании время, необходимое для достижения 40°C ( t 40 ), составляет примерно 52–58 мин для образцов NaCl 80-100_PCM. , NaCl 60-80_PCM и NaCl 50/50_PCM, тогда как для NaCl 60-80 это всего 22 мин.С другой стороны, при охлаждении можно наблюдать, что время, необходимое для достижения 5°C ( t 5 ), составляет около 47–55 мин для образцов NaCl 80-100_PCM, NaCl 60-80_PCM и NaCl 50/50_PCM, тогда как для NaCl 60-80 это всего 17 минут. Образец NaCl80-100_PCM показывает самое продолжительное время для достижения заданной температуры из-за самого высокого содержания парафина, как показано на рисунках 1B,C. Кроме того, стоит отметить, что время, необходимое для достижения 30°С при нагревании ( t 30 ) и время, необходимое для достижения 10°С при охлаждении ( t 10 ) NaCl 80-100_PCM и NaCl 60-80_PCM в четыре раза длиннее, чем в случае поролона NaCl 60-80.

Таблица 5 . Результаты тепловизионных испытаний пен СКЭПТ и ТЭС-СКЭПТ на стадии нагрева и охлаждения.

Скорости нагрева образцов NaCl 80-100_ПКМ, NaCl 60-80_ПКМ и NaCl 50/50_ПКМ в интервале температур 20–30°С очень близки (около 0,4°С/мин) и значительно ниже по сравнению с нагревом скорость эталонного образца (2,3°С/мин). Такое же поведение наблюдается и при охлаждении: в интервале температур 20–10°С образцы NaCl 80-100_ПКМ, NaCl 60-80_ПКМ и NaCl 50/50_ПКМ показывают скорость охлаждения около 0.4°С/мин, что значительно ниже скорости охлаждения эталонного образца (1,8°С/мин).

В интервале температур 10–20°С скорости нагрева выше (от 1,06°С/мин до 1,31°С/мин для образцов NaCl 80-100_ПКМ, NaCl 60-80_ПКМ и NaCl 50/50_ПКМ), но все же ниже по сравнению с эталонным образцом (5,58°С/мин). В интервале температур 30–20°С скорости охлаждения также выше (1,19°С/мин и 1,53°С/мин для NaCl 80-100_ПКМ и NaCl 50/50_ПКМ, 0,59°С/мин для NaCl 60-80_ПКМ). ), которые ниже по сравнению с эталонным образцом (1.48°С/мин).

Чтобы пролить больше света на поведение при плавлении/кристаллизации приготовленных пенопластов TES-EPDM, были проведены специальные испытания ДСК при более низкой скорости нагрева/охлаждения. В частности, скорость нагрева/охлаждения ±1°C/мин была выбрана как хороший компромисс между результатами тепловизионного теста и чувствительностью прибора ДСК (т.е. его отношением сигнал/шум). Термограммы ДСК, полученные при этой скорости, представлены на рисунках 8A-C, а наиболее важные результаты собраны в таблице 6.Во-первых, парафин RT21HC демонстрирует два хорошо различимых пика плавления в двух интервалах около -15°C/-2°C и 0°C/21°C соответственно. Общая энтальпия составляет около 245 Дж/г при первом сканировании и 248 Дж/г при втором сканировании (см. Таблицу 6), при относительной доле энергии 89% для основного пика. Кристаллизация при охлаждении подчеркивает точку начала при 17,3°C для основного пика и при -9,5°C для вторичного пика. Следует учитывать, что результаты последней стадии нагрева более репрезентативны и относятся к реальному случаю применения, так как материал предварительно кристаллизовался при низкой скорости охлаждения.

Рисунок 8 . Кривые ДСК для пен TES-EPDM и PCM при ±1°C/мин: (A) первое сканирование нагрева, (B) сканирование охлаждения и (C) второе сканирование нагревания.

Таблица 6 . Выбранные данные температуры/энтальпии в цикле нагрева-охлаждения-нагрева, выполненного в ДСК со скоростью 1°C/мин.

Из термограмм, представленных на рисунках 8А-С, можно заметить, что при низкой скорости нагрева, т.е. 1°С/мин, основной пик плавления парафина более узкий и острый по сравнению с предыдущим испытанием при 10 °С/мин и более приурочены к температуре плавления парафина, равной 19°С для всех образцов.То же самое можно наблюдать и на стадии охлаждения.

Также очень интересно подчеркнуть, что низкие скорости нагрева/охлаждения теста позволяют четко различать вторичный пик около -10°C при плавлении (температура начала -15°C) и при -13°C при кристаллизации. (температура начала -7°С).

Кроме того, на термограммах всех пен можно обнаружить третий очень небольшой пик около 1 Дж/г при температуре около 47–48°C, что может быть связано с добавками резиновой смеси.С другой стороны, на этапе охлаждения, несмотря на некоторые сомнительные следы в диапазоне 35–25 °C (рис. 8B), нет простого способа обнаружить какой-либо четкий пик кристаллизации, который обычно наблюдается для ограниченных компонентов в меньшинстве.

Более того, из результатов, представленных в Таблице 6, также можно наблюдать, что значения температуры плавления основного пика в образцах СКЭПТ/парафина точно такие же (18,9°C) при первом сканировании нагрева ( T м 1 ) и второе нагревательное сканирование ( T м 2 ), несколько выше, чем чистый парафин (17.4°С). Температуры кристаллизации пен ТЭС-ЭПДМ составляют около 14–15°С, что ниже, чем у чистого парафина (17,3°С), что обусловлено низкой теплопроводностью поролона. Сравнивая эти результаты с приведенными в таблице 3, можно заметить, что температурный сдвиг между нагревом и охлаждением меньше из-за меньшей скорости испытания, т. е. больше похож на реальные условия. В частности, либо на стадии нагрева, либо на стадии охлаждения можно рассматривать два различных диапазона: зону более высокой температуры примерно 15–20°C, включающую 89% общей энергии, и зону более низкой температуры (от –5°C до – 15°C) с оставшимися 11% энергии, как показано на рисунке 8.Суммарные энтальпии плавления и кристаллизации выше по сравнению с рассчитанными в предыдущем испытании при 10°C/мин. А эффективное содержание ПКМ (PCMm2eff) в пенопластах EPDM/парафина составляло около 52% для NaCl 60-80_PCM и NaCl 80-100_PCM, тогда как оно было немного ниже 50% для NaCl 50-50_PCM.

Таким образом, анализ ДСК при 1°C/мин оказывается очень интересным и настоятельно рекомендуется по возможности для тестирования ПКМ, поскольку этот тест не только воспроизводит условия, более близкие к реальным, но и позволяет получить более полную информацию, для например, лучшее определение термических свойств парафина с появлением более узкого пика плавления, что может быть полезным для выбора надлежащего продукта для желаемого применения.

Для оценки эффективности пены TES-EPDM было проведено двойное циклическое испытание (последовательности 1 и 2) нагрева-охлаждения от 40 до 0°C. Из результатов серии испытаний 1, представленных в таблице 7, можно заметить, что потеря парафина очень ограничена в случае подложки из алюминиевой фольги и выше в случае впитывающей бумаги и бумаги для писем. NaCl 60-80_PCM является образцом с самым высоким остаточным содержанием PCM (60,5 % масс. на алюминиевой фольге, 58,8 % масс. на впитывающей бумаге и 58,8 % масс.4 мас. % на бумаге для писем) и с самой высокой остаточной емкостью ТЭС (96,9 % на алюминиевой фольге, 94,1 % на впитывающей бумаге и 93,4 % на бумаге для писем). Результаты испытания подтвердили способность образцов сохранять свою геометрию и удерживать парафин на определенных подложках (алюминиевая фольга), подчеркивая при этом, что в случае определенных подложек (бумаги) могут возникать ограниченные потери.

Таблица 7 . Результаты термоциклирования пенопластов TES-EPDM, хранящихся на различных подложках, после последовательности 1 (240 циклов от 0 до 40°C за 10 дней) и последовательности 2 (хранение при комнатной температуре в течение 3 месяцев, 40°C в течение 7 часов). и 0°С в течение 7 ч).

Результаты серии испытаний 2 после длительного хранения при комнатной температуре (3 месяца) и относительно длительного непрерывного пребывания при 40 и 0°C (7 + 7 ч) показали, что все пены ТЭС-ЭДПМ были способность удерживать остаточный парафин без дальнейшей утечки, а остаточная емкость ТЭС была определена на уровне 90–96%. Наибольшее значение наблюдалось для NaCl 60-80_PCM, хранившегося на алюминиевой подложке.

Выводы

Представлен новый и эффективный метод производства пенопластов EPDM, способных поглощать большое количество PCM, и получены полезные данные о пенопластах TES-EPDM для потенциального применения в строительстве.Действительно, эта работа демонстрирует, что пены EPDM, полученные с помощью экологически безопасного метода солевого выщелачивания, могут быть эффективным материалом для стабилизации формы парафинсодержащих ПКМ и что их можно успешно применять для управления температурой зданий. Полученные пены EPDM были способны удерживать значительное количество парафина (до 62 мас.% / 87 об.%). Плотность пены, наполненной ПКМ, была почти равна плотности соответствующей пены без парафина из-за увеличения объема вследствие поглощения парафина.Измерение относительных энтальпий плавления и кристаллизации методом ДСК, выполненное при ±1°C/мин, составило 52%, что несколько ниже по сравнению с содержанием парафина, измеренным в конце испытания на герметичность. ТГА показал, что присутствие парафина снижает термическое сопротивление пены, которое в любом случае остается на значениях, значительно превышающих рабочую температуру. Значения Шора А продемонстрировали сильную зависимость полученных материалов от температуры из-за присутствия парафина, который при 40°С действует как мягчитель эластомерной матрицы, а при 0°С как отвердитель.Аналогичный эффект наблюдался и при испытании CS, в котором ниже температуры плавления парафина образцы практически не восстанавливали деформацию, но как только парафин расплавлялся, они полностью восстанавливали деформацию. Испытания на сжатие показали, что расширенные образцы из-за прогрессивной деформации пористости представляют собой очень большое плато напряжения при ограниченных значениях деформации. Измерения характеристик ТЭС, проведенные путем контроля температуры их поверхности, показали, что время, необходимое образцам для достижения заданной температуры в диапазоне от -20 до 40°С, благодаря наличию парафина, составляет 3-4 с. раз дольше по сравнению с эталонным образцом.Кроме того, было замечено, что скорость нагрева/охлаждения в температурном интервале, соответствующем плавлению/кристаллизации парафина, составляла около 0,4°С/мин. Очень важным замечанием является то, что термический анализ в ДСК, выполненный при низкой скорости нагрева-охлаждения, т. е. ± 1°C/мин, очень заметно пролил больше света на тепловые свойства материалов на основе ПКМ с учетом надлежащего и успешное применение систем PCM. Авторы горячо предполагают эту низкую скорость характеристики ПКМ в анализе ДСК, потому что условия испытаний, более похожие на реальные условия, показали, что основной пик плавления парафина был более узким и острым по сравнению с испытанием при 10°C/мин и более ограничен около температура плавления парафина для всех образцов равнялась 19°С.Наконец, 240 циклов нагрева/охлаждения полученных пен на различных подложках показали отсутствие геометрических искажений и ограниченные потери парафина с остаточной емкостью ТЭС выше 90% для всех образцов. Дальнейшие циклы, проведенные через 3 месяца, не выявили значительных потерь парафина, что подтверждает способность пен удерживать ПКМ с остаточной емкостью ТЭС 118 ± 3 Дж/г.

В заключение можно сказать, что наиболее многообещающими свойствами обладают пены ТЭС-ЭПДМ, полученные с размером NaCl от 60 до 80 микрон (остаточная емкость ТЭС 121 ± 1 Дж/г).Дальнейшие исследования будут посвящены применению этих новых материалов и моделированию их свойств в конкретной термовлажностной камере и в реальных случаях оформления стен.

Заявление о доступности данных

Оригинальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью/дополнительный материал, дальнейшие запросы можно направлять соответствующему автору/авторам.

Вклад авторов

FV: концептуализация, методология, исследование, обработка данных, визуализация и написание — первоначальный вариант.LF: методология, курирование данных, получение финансирования, написание — обзор и редактирование. AD: приобретение финансирования, написание — обзор и редактирование. AP: финансирование приобретения, написание – обзор и редактирование, а также контроль. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Эта работа частично финансировалась Provincia Autonoma di Trento (Италия) через Legge 6/99, проект Compositi elastomerici a transizione di fase [E-PCM] prat. н. 23-16.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Выражаем благодарность г-же Клаудии Гавацца за получение микрофотографий СЭМ.

Дополнительный материал

Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmats.2021.660656/full#supplementary-material

.

Каталожные номера

Алексиадис, А. (2007). Обзор изменения климата, смягчения его последствий и адаптации. Экол. Модель. 203, 243–256.doi: 10.1016/j.ecolmodel.2006.11.020

Полнотекстовая перекрестная ссылка

Анисур, М.Р., Махфуз, М.Х., Кибрия, М.А., Саидур, Р., Метселаар, И.Х.С.С., и Малия, Т.М.И. (2013). Борьба с глобальным потеплением с помощью материалов с фазовым переходом для хранения энергии. Продлить. Поддерживать. Энергия Ред. 18, 23–30. doi: 10.1016/j.rser.2012.10.014

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Барди, Э., Моллендорф, Дж., и Пендергаст, Д. (2005). Теплопроводность и деформация сжатия пенонеопреновой изоляции под гидростатическим давлением. J. Appl. физ. Д 38:3832. дои: 10.1088/0022-3727/38/20/009

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Башир, М. А., Шахид, М., Алви, Р. А., и Яхья, А. Г. (2012). Влияние технического углерода на характеристики отверждения, механические свойства и вязкоупругие свойства нанокомпозитов на основе натурального губчатого каучука. Ключ инж. Матер. 510–511, 532–539. doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.510-511.532

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бо, Х., Густафссон, Э.М., и Сеттерволл, Ф. (1999). Диапазоны температур фазового перехода и плотность хранения парафиновых материалов с фазовым переходом. Энергия 24, 1015–1028. doi: 10.1016/S0360-5442(99)00055-9

Полнотекстовая перекрестная ссылка

Бо, Х., Мартин, В., и Сеттерволл, Ф. (2004). Диапазоны температур фазового перехода и плотность хранения парафиновых материалов с фазовым переходом. Энергия 29, 1785–1804. doi: 10.1016/j.energy.2004.03.002

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Боррегеро, А.М., Кармона М., Санчес М.Л., Вальверде Дж.Л. и Родригес Дж.Ф. (2010). Улучшение термических свойств гипсовых блоков за счет введения микрокапсул, содержащих ПКМС, полученных методом суспензионной полимеризации с оптимальным массовым соотношением сердцевина/покрытие. Заяв. Тепловой инж. 30, 1164–1169. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2010.01.032

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Цао, К., и Пэншэн, Л. (2006). Гиперразветвленный полиуретан как новый материал с фазовым переходом твердое тело для хранения тепловой энергии. евро. Полим. J. 42, 2931–2939. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2006.07.020

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Castellon, C., Medrano, M., Roca, J., Cabeza, L.F., Navarro, M.E., Fernandez, A.I., et al. (2010). Эффект микрокапсулированного материала с фазовым переходом в сэндвич-панелях. Продлить. Энергия 5, 2370–2374. doi: 10.1016/j.renene.2010.03.030

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чен, К., Чжао, Дж., Рен, Дж., Ронг, Л., Цао, П.Ф., и Адвинкула, Р.К. (2019). Многофункциональная гиперэластичная пена из силиконового каучука, напечатанная на 3D-принтере. Доп. Функц. Матер. 29:19. doi: 10.1002/adfm.2019

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чой, С.-С., Парк, Б.-Х., и Сонг, Х. (2004). Влияние типа и содержания наполнителя на свойства стирол-бутадиенового каучука (SBR), армированного техническим углеродом или кремнеземом – Choi – 2004 – Polymers for Advanced Technologies – Wiley Online Library. Полим.Доп. Технол. 15, 122–127. doi: 10.1002/pat.421

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Датта, С. (2001). «Синтетические эластомеры», в Справочник технолога по каучуку , под редакцией J.R. White и S.K.De. (Шобери: Rapra Technology Ltd.), 61–64.

де Грасия, А., и Кабеса, Л. Ф. (2015). Материалы с фазовым переходом и аккумулирование тепловой энергии для зданий. Энергетические здания 103, 414–419. doi: 10.1016/j.enbuild.2015.06.007

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Доригато, А., Канклини П., Унтербергер С. Х. и Пегоретти А. (2017a). Нанокомпозиты с фазовым переходом для хранения и высвобождения тепловой энергии при низких температурах. ЭКСПРЕСС Полим. лат. 11, 738–752. doi: 10.3144/expresspolymlett.2017.71

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Доригато, А., Чамполильо, М.В., Катальди, А., Берсани, М., и Пегоретти, А. (2017b). Смеси полиэтиленового воска и EPDM в качестве формостабилизирующих материалов с фазовым переходом для хранения тепловой энергии. Резина Хим.Технол. 90, 575–584. doi: 10.5254/rct.82.83719

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Доригато, А., Фреди, Г., и Пегоретти, А. (2019). Термомеханическое поведение новых биоразлагаемых композитов из древесных пластин и термопластичного крахмала, обладающих способностью накапливать/высвобождать тепловую энергию. Перед. Матер. 6:76. doi: 10.3389/fmats.2019.00076

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Датта, А., и Чакмак, М. (1992). Влияние состава и истории обработки на ячеистую морфологию вспененных олефиновых термопластичных эластомеров. Резина Хим. Технол. 65, 932–955. дои: 10.5254/1.3538652

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Эль Лавинди, А., Эль-Каде, К., Абд Махмуд, В., и Хасса, Х. (2002). Физические исследования вспененных армированных каучуковых композитов Часть I. Механические свойства вспененных этилен-пропилен-диеновых терполимерных и нитрил-бутадиеновых каучуковых композитов. Полим. Междунар. 51, 602–606. doi: 10.1002/pi.916

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фаллахи, Э., Бармад, М., и Хагигат Киш, М. (2010). Приготовление микрокапсул из материала с фазовым переходом с сердцевиной из парафина или верблюжьего жира: нанесение на ткани. Иранский полим. J. 19, 277–286. дои: 10.1177/0954008308101535

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фернандес, Д., Питье, Ф., Касерес, Г., и Байенс, Дж. (2012). Хранение тепловой энергии: «как предыдущие результаты определяют текущие приоритеты исследований». Энергия 39, 246–257. doi: 10.1016/j.energy.2012.01.024

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фреди Г., Дире С., Каллоне Э., Чеккато Р., Мондадори Ф. и Пегоретти А. (2019). Докозан-кремнийорганические микрокапсулы для конструкционных композитов со способностью накапливать/высвобождать тепловую энергию. Материалы 12:1286. дои: 10.3390/ma12081286

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Фреди Г., Доригато А. и Пегоретти А. (2018). Многофункциональные композиты стекловолокно/полиамид с возможностью накопления/выделения тепловой энергии. ЭКСПРЕСС Полим. лат. 12, 349–364. doi: 10.3144/expresspolymlett.2018.30

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гальванини Ф., Доригато А., Валентини Ф., Фиоре В., Ла Дженнуса М. и Пегоретти А. (2020). Многофункциональные пенополиуретаны с возможностью накопления/выделения тепловой энергии. J. Термический анализ. Калориметрия . doi: 10.1007/s10973-020-10367-w. [Epub перед печатью].

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хонг, Ю.и Синь-ши Г. (2000). Получение полиэтилен-парафинового соединения в качестве формоустойчивого материала с фазовым переходом твердое-жидкое. Материал солнечной энергии. Солнечные элементы 64, 37–44. doi: 10.1016/S0927-0248(00)00041-6

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хонгуа С., Кузник Ф., Стивенс П. и Ру Ж.-Ж. (2011). Разработка и исследование нового композита MgSO4–цеолит для долговременного хранения тепловой энергии. Материал солнечной энергии. Солнечные элементы 95, 1831–1837 гг.doi: 10.1016/j.solmat.2011.01.050

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хопманн, К., Лемке, Ф., и Нгуен Бинь, К. (2016). Вспенивание EPDM водой в качестве вспенивателя при литье под давлением. J. Appl. Полим. науч. 133, 1–11. doi: 10.1002/прил.43613

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кайгусуз, К., Алкан, К., Сари, А., и Узун, О. (2008). Инкапсулированные жирные кислоты в акриловой смоле в качестве стабилизированных по форме материалов с фазовым переходом для накопления скрытой тепловой энергии. Источники энергии A Recov. Утил. Окружающая среда. Эффекты 30, 1050–1059. дои: 10.1080/15567030701258212

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ким, Дж.-Х., Кох, Дж.-С., Чой, К.-С., Юн, Дж.-М., и Ким, С.-Ю. (2007). Влияние температуры вспенивания и содержания сажи на характеристики отверждения и механические свойства пеноматериалов из натурального каучука. J. Ind. Eng. хим. 13, 198–205.

Академия Google

Крупа И., Микова Г. и Лют А.С. (2007). Полипропилен как потенциальная матрица для создания стабилизированных по форме материалов с фазовым переходом. евро. Полим. J. 43, 895–907. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2006.12.019

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Махмуд, В., Эль-Эраки, М., Эль-Лавинди, А., и Хассан, Х. (2006). Новое применение каучуковых композитов NBR, наполненных пенообразователем ADC/K, в качестве датчика давления. Заяв. физ. 39, 541–546. дои: 10.1088/0022-3727/39/3/018

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мешгин П., Си, Ю., и Ли, Ю. (2012). Использование материалов с фазовым переходом и частиц резины для улучшения термических и механических свойств раствора. Конструкция. Строительный мастер. 28, 713–721. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2011.10.039

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Михаэли, В., и Ситц, С. (2010). Анализ характеристик расширения резиновых смесей с химическими пенообразователями. Сотовый. Полим. 29, 227–236. дои: 10.1177/026248931002

2

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мофиджур, М., Mahlia, T.M.I., Silitonga, A.S., Ong, H.C., Silakhori, M., Hasan, M.H., et al. (2019). Материалы с фазовым переходом (PCM) для использования и хранения солнечной энергии: обзор. Энергии 12, 1–20. doi: 10.3390/en12163167

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мосанензаде С.Г., Нагиб Х.Е., Парк С.Б. и Аталла Н. (2013). Разработка, характеристика и моделирование экологически чистых акустических пен с открытыми порами. Полим. англ. науч. 53, 1979–1989 гг.doi: 10.1002/pen.23443

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Нах, К., Ким, В.Д., и Ли, В. (2001). Влияние содержания сажи и типа вулканизации на характеристики вулканизации и динамические механические свойства стирол-бутадиеновой резиновой смеси. Корея Полим. J. 9, 157–163. WOS:000169686100004.

Академия Google

Наджиб, Н. Н., Арифф, З. М., Азнизам, А. Б., Сипат, К. С., и Насри, М. (2011). Взаимосвязь между акустическими и динамическими механическими свойствами пены натурального каучука: влияние температуры вспенивания. Матер. Дизайн 32, 505–511. doi: 10.1016/j.matdes.2010.08.030

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

О, С. Х., Канг, С. Г., Ким, Э. С., Чо, С. Х., и Ли, Дж. Х. (2003). Изготовление и характеристика гидрофильных каркасов клеток из смеси поли(молочной-согликолевой кислоты)/поли(винилового спирта) методом формования из расплава методом выщелачивания частиц. Биоматериалы 24, 4011–4021. doi: 10.1016/S0142-9612(03)00284-9

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Пэн, С., Фукс, А., и Виртц, Р.А. (2004). Полимерные композиты с фазовым переходом для хранения тепловой энергии. J. Appl. Полим. науч. 93, 1240–1251. doi: 10.1002/прил.20578

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Phadungphatthanakoon, S., Poompradub, S., and Wanichwecharungruang, S.P. (2011). Увеличение теплоаккумулирующей способности материала с фазовым переходом путем инкапсуляции: приготовление и применение в натуральном каучуке. Заяв. Матер. Интерфейсы 3, 3691–3969.дои: 10.1021/am200870e

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пелиховска, К., и Пелиховски, К. (2014). Материалы с фазовым переходом для хранения тепловой энергии. Прогр. Матер. науч. 65, 67–123. doi: 10.1016/j.pmatsci.2014.03.005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Риготти, Д., Доригато, А., и Пегоретти, А. (2018). Термопластичные полиуретановые смеси, пригодные для 3D-печати, обладают способностью накапливать/высвобождать тепловую энергию. Матер. Сегодня коммун. 15, 228–235. doi: 10.1016/j.mtcomm.2018.03.009

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сэхтлинг, Х. (2006). Manuale Delle Materie Plastiche. Милан: Новые технологии.

Академия Google

Салаун, Ф., Дево, Э., Бурбиго, С., и Румо, П. (2010). Получение и характеристики композитов н-нонадекан/цемент в качестве материалов для хранения тепловой энергии в зданиях. Термохим. Acta 506, 82–93.doi: 10.1016/j.tca.2010.04.020

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сари, А., Алкан, К., Караипекли, А., и Узун, О. (2009). Смеси поли(этиленгликоль)/поли(метилметакрилат) в качестве новой формы стабильных материалов с фазовым переходом для хранения тепловой энергии. J. Appl. Полим. науч. 116, 929–933. doi: 10.1002/прил.31623

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Скаффаро Р., Лопрести Ф., Ботта Л. и Майо А. (2016a). Механическое поведение пористых слоистых функциональных композитов полимолочная кислота/поликапролактон. Композ. Б инж. 98, 70–77. doi: 10.1016/j.compositesb.2016.05.023

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Scaffaro, R., Lopresti, F., Botta, L., Rigogliuso, S., and Ghersi, G. (2016b). Интеграция PCL и PLA в монолитный пористый каркас для тканевой инженерии интерфейса. Ссылки на авторов открывают панель оверлея. Дж. Мех. Поведение Биомед. Матер. 63, 303–313. doi: 10.1016/j.jmbbm.2016.06.021

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Скаффаро, Р., Лопрести Ф., Ботта Л., Ригоглиузо С. и Герси Г. (2016c). Каркас PCL/PEG, обработанный расплавом, с дискретным градиентом размера пор для селективной клеточной инфильтрации. Макромоль. Матер. англ. 301, 182–190. doi: 10.1002/mame.201500289

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Скаффаро Р., Лопрести Ф., Ботта Л., Ригоглиусо С. и Герси Г. (2016d). Приготовление трехслойного пористого каркаса PLA/PEG: взаимосвязь между морфологией, механическими свойствами и проницаемостью клеток. Дж. Мех. Поведение Биомед. Матер. 54, 8–20. doi: 10.1016/j.jmbbm.2015.08.033

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Штер, Дж. (2015). Химические пенообразователи в резиновой промышленности. прошлое-настоящее-будущее? Gummi Fasern Kunststoffe 68, 819–821. дои: 10.1177/0307174X1604300501

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Траканпрук, В., и Родтонг, Ю. (2008). Производство губчатого каучука для однослойного резинового штампа методом солевого выщелачивания. J. Metals Mater. Минералы 18, 33–40.

Академия Google

Валентини Ф., Доригато А. и Пегоретти А. (2021). Новые пены на основе EPDM/парафина для аккумулирования тепловой энергии. Резина Хим. Технол.

Валентини Ф., Морандини Ф., Бергамо М. и Доригато А. (2020). Разработка экологически чистых штукатурок с возможностью накопления тепловой энергии. J. Appl. физ. 128:12139. дои: 10.1063/5.0012139

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ван, Б.Q., Peng, Z.L., Zhang, Y., and Zhang, Y.X. (2006). Исследование кинетики пенообразования и приготовление пенопластов EPDM. Пласт. Резиновый композит. 35, 360–367. дои: 10.1179/174328906X149673

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Вимолмала, Э., Хонгнуал, К., и Сомбатсомпоп, Н. (2009). Механические и морфологические свойства ячеистых вулканизатов NR/SBR при термическом и атмосферном старении. J. Appl. полимерные науки. 114, 2816–2827. doi: 10.1002/прил.30763

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ямсенгсунг, В.и Сомбатсомпоп, Н. (2008). Характеристики вспенивания, прочность на отрыв и теплопроводность для ламинатов дерево/NR и вспененный EPDM для кровельных работ. Дж. Макромоль. науч. В 47, 967–985. дои: 10.1080/00222340802219206

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ямсенгсунг, В., и Сомбатсомпоп, Н. (2009). Влияние химического вспенивателя на структуру ячеек и механические свойства пены EPDM, а также прочность на отрыв и теплопроводность ламината из композита дерево/NR и пены EPDM. Композ. Б инж. 40, 594–600. doi: 10.1016/j.compositesb.2009.04.003

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Zakaria, Z., Ariff, Z.M., Hwa, T.L., and Sipaut, C.S. (2007). Влияние температуры вспенивания на морфологию и компрессионные свойства пены из этилен-пропилен-диена-мономерного каучука (EPDM). Малайзийский Полим. Дж. 2, 22–30.

Академия Google

Чжан, Б. С., Лв, X. Ф., Чжан, З. Х., Лю, Ю., Ким, Дж. К., и Синь, З.Х. (2010). Влияние содержания сажи на микропористую структуру и физические свойства хлорированных пенополиэтиленовых каучуков. Матер. Дизайн 31, 3106–3110. doi: 10.1016/j.matdes.2009.12.041

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Зонта Э., Валентини Ф., Доригато А., Фамбри Л. и Пегоретти А. (2021). Оценка метода солевого выщелачивания для производства вспененного каучука EPDM. Полим. англ. науч. 61, 136–153. doi: 10.1002/pen.25563

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

В чем разница между AFFF (A3F) и FFF (F3)? БИОЭКС

Оба являются синтетическими пенами для пожаротушения классов A и B.

Во-первых, выбранная вами огнетушащая пена должна соответствовать вашим конкретным требованиям , с точки зрения рисков, существующему пенному оборудованию…

Во-вторых, можно сбалансировать экологические соображения и пожарную безопасность . Вам нужно выбрать тушение пожара, сохраняющее здоровье и окружающую среду, с помощью пены, не содержащей фтора, или тушение пожара с помощью фторированной пены, которая может оказать воздействие на окружающую среду и здоровье.

На протяжении многих лет фторированных поверхностно-активных вещества использовались в качестве ключевых компонентов фторсодержащих пен для пожаротушения горючих жидкостей, таких как нефть и бензин.Что касается возникающих проблем, некоторые химические фторированные компоненты (ПФОС и ПФОК) признаны стойкими, биоаккумулирующими и токсичными веществами (СБТ). Их называют «вечными химическими веществами», что означает, что они постоянно остаются в окружающей среде и загрязняют питьевую воду. Эти фторированные соединения также могут биоаккумулироваться в организме человека, водных организмов и растительности.

Противопожарные пены BIOEX гарантируют, что их пены не содержат ПФОС (перфтороктилсульфонат, также известный как C8) и ПФОК (перфтороктановая кислота). С 2006 года их использование ограничено во всем мире. Стокгольмская конвенция отнесла ПФОС и родственные ей вещества к стойким органическим загрязнителям (СОЗ). Еще одно ограничение на использование ПФОК и родственных ей веществ было также принято в 2017 году Европейской комиссией в соответствии с REACH.

Баланс между пожарной безопасностью и экологическими соображениями в настоящее время сдвинулся к точке, где для подавляющего большинства пожаров больше не требуются ВПП и ПФАС для обеспечения надлежащей противопожарной защиты.Не содержащая фтора пена в настоящее время является жизнеспособной альтернативой, которая также обеспечивает высокую эффективность противопожарной защиты.

BIOEX предлагает как высокоэффективную фторсодержащую пену C6 последнего поколения , так и пену для пожаротушения, не содержащую фтора.

Наш девиз:

Высокоэффективные пенопласты: НАШИ ОБЯЗАТЕЛЬСТВА

Сохранение окружающей среды: ВАШ ВЫБОР

Свойства пены — PetroWiki

Объемная пена, присутствующая в пивной шапке или в чистящих растворах, представляет собой метастабильную дисперсию относительно большого объема газа в непрерывной жидкой фазе, которая составляет относительно небольшой объем. пены.Альтернативное определение объемной пены – это «скопление пузырьков газа, отделенных друг от друга тонкими пленками жидкости». [1] В большинстве классических пен содержание газа довольно велико (часто от 60 до 97% объема). В объемной форме, например, в наземных сооружениях и трубопроводах нефтяных месторождений, пена образуется, когда газ контактирует с жидкостью при наличии механического перемешивания. Используемый здесь объемный пенопласт представляет собой пенопласт, который существует в контейнере (например, в бутылке или трубе), для которого объем контейнера намного больше, чем размер отдельных пузырьков пенообразователя.

Пены общего назначения

Капиллярные процессы определяют образование и свойства пен в пористой среде. Пены для улучшения соответствия представляют собой дисперсии пузырьков микрогаза, обычно с диаметром/длиной в диапазоне от 50 до 1000 мкм. Пена в пористых средах существует в виде отдельных пузырьков микрогаза, непосредственно контактирующих со смачивающей жидкостью стенок пор. Эти пузырьки микрогаза разделены пластинками жидкости, которые соединяют стенки пор и образуют жидкую перегородку на шкале пор между пузырьками газа.Пена распространяется в большинстве вмещающих пород-коллекторов в виде цепочки пузырьков, в которой каждый газовый пузырь отделен от следующего пленкой ламелей жидкости. Во многих случаях отдельные пузырьки пены в основной породе коллектора могут иметь длину во много поровых тел. Гауглиц и др. определили структуру пены в пористой среде как «дисперсию газа в непрерывной жидкой фазе, по крайней мере, с некоторыми путями потока газа, разделенными тонкими жидкими пленками, называемыми ламелями». [2]

Все пены, обсуждаемые на этой странице, и все пены, которые используются для улучшения соответствия, содержат поверхностно-активные вещества, растворенные в жидкой фазе пены, для стабилизации газовой дисперсии в жидкости.Газовая фаза пены может включать как классический газ, так и сверхкритический газ, такой как сверхкритический/плотный CO 2 . За исключением специально оговоренных случаев, все пены, обсуждаемые в этой главе, которые используются для улучшения соответствия нефтяных месторождений, представляют собой пены на водной основе. Эта глава ограничивается в первую очередь обсуждением пен на водной основе, стабилизированных поверхностно-активными веществами, для использования в улучшении соответствия во время операций по добыче нефти.

На рис. 1 показан двухмерный срез общей пенопластовой системы. [3] Тонкие пленки жидкости, разделяющие пузырьки пенообразователя, определяются как пластинки пенопласта. Соединение трех ламелей газового пузыря под углом 120° называется границей Плато. В стойких объемных пенах сферические пузырьки пенного газа превращаются в пенные ячейки, многогранники, разделенные почти плоскими тонкими пленками жидкости. Такая пена называется сухой пеной. Ячейки пены многогранников почти, но не совсем правильные додекаэдры. В трех измерениях четыре границы Плато ячейки пены встречаются в точке под тетраэдрическим углом примерно 109 °. [3]

  • Рис. 1 – Обобщенный 2D-срез объемной пенопластовой системы.

Пены в пористой среде, как правило, имеют пузырьки такого же размера или больше, чем поровые тела. Пена существует в пористых средах пород-коллекторов в виде цепочек пузырьков, где граница Плато ламелей пены формируется на стенке поры и имеет, для статической нетекущей пены в теле поры, угол около 90° между ламелями жидкости и порой. стена.

Пенообразователи

Поверхностно-активные вещества являются необходимым третьим ингредиентом, необходимым для образования пеноматериалов, обсуждаемых в этой статье. Понимание основных химических свойств поверхностно-активных веществ необходимо при выборе подходящего поверхностно-активного вещества для конкретного применения пены на нефтяном месторождении.

Молекула поверхностно-активного вещества содержит в одной молекуле как полярный, так и неполярный сегмент. Полярный или гидрофильный сегмент молекулы поверхностно-активного вещества имеет сильное химическое сродство к воде.Неполярный или липофильный сегмент имеет сильное химическое сродство к неполярным углеводородным молекулам. Когда вода и нефть или вода и газ находятся в контакте, молекулы поверхностно-активного вещества имеют тенденцию разделяться на границу раздела нефть/вода или газ/вода и уменьшать межфазное натяжение на границе раздела. На рис. 2 изображена молекула поверхностно-активного вещества, находящаяся на поверхности раздела масло/вода. Разделение молекулы поверхностно-активного вещества на границе раздела газ/вода и последующее снижение межфазного натяжения является основным механизмом, с помощью которого поверхностно-активные вещества стабилизируют дисперсии газа в воде с образованием метастабильной пены.

  • Рис. 2 – Изображение молекулы полимера, находящейся на границе раздела масло/вода.

Поверхностно-активные вещества подразделяются на четыре типа, отличающиеся химическим составом полярной группы молекулы поверхностно-активного вещества.

  • Анионные вещества — полярная группа анионного поверхностно-активного вещества представляет собой соль (или, возможно, кислоту), где полярная анионная группа непосредственно связана с молекулой поверхностно-активного вещества, а встречный и поверхностно-неактивный катион (часто натрий) прочно распределен в водной среде. стороне границы раздела нефть/вода или газ/вода.Анионные поверхностно-активные вещества часто используются в нефтепромысловых пенах, потому что они являются относительно хорошими поверхностно-активными веществами, обычно устойчивыми к удерживанию, достаточно химически стабильными, доступными в промышленных масштабах и относительно недорогими.
  • Катионоактивы — полярная группа катионоактивного поверхностно-активного вещества представляет собой соль, в которой полярная катионоактивная группа непосредственно присоединена к молекуле поверхностно-активного вещества, а противодействующий и поверхностно-неактивный анион сильно разделен на водную сторону поверхности раздела масло/вода или газ/вода. . Катионные поверхностно-активные вещества редко используются в нефтепромысловых пенах, потому что они склонны сильно адсорбироваться на поверхности глины и песка и относительно дороги.
  • Nonionics — полярная группа неионогенного поверхностно-активного вещества представляет собой не соль, а химическое соединение, такое как спиртовая, эфирная или эпоксидная группа, которая способствует свойствам поверхностно-активного вещества, создавая контраст электроотрицательности. Неионогенные поверхностно-активные вещества менее чувствительны к высокой солености и могут быть относительно недорогими.
  • Амфотерные вещества — амфотерные поверхностно-активные вещества содержат две или более характеристик ранее перечисленных химических типов поверхностно-активных веществ.

На рис. 3 показана химическая структура некоторых поверхностно-активных веществ.В пределах любого из типов поверхностно-активных веществ могут быть существенные различия в их химическом составе и характеристиках. Химический состав, размер и степень разветвленности липофильного сегмента молекулы поверхностно-активного вещества могут иметь большое влияние на характеристики пенистого поверхностно-активного вещества точно так же, как химический состав гидрофильной части молекулы поверхностно-активного вещества. Даже небольшие и тонкие различия в липофильном сегменте могут резко изменить свойства поверхностно-активного вещества. Большинство коммерческих продуктов с поверхностно-активными веществами содержат распределение типов и размеров поверхностно-активных веществ, что еще больше усложняет поверхностно-активные вещества, используемые в пеноматериалах, улучшающих соответствие требованиям.

  • Рис. 3 – Химические типы ПАВ.

При использовании пены в сочетании с заводнением паром или любым другим применением при повышенной температуре резервуара важно выбрать поверхностно-активное вещество, которое будет термически стабильным в течение необходимого срока службы пены в резервуаре. Исторически сложилось так, что альфа-олефиновые поверхностно-активные вещества и поверхностно-активные вещества на основе нефтяных сульфонатов наиболее широко использовались в пенопластах, применяемых в высокотемпературных (> 170°F) резервуарах.Сульфатные поверхностно-активные вещества иногда использовались в низкотемпературных (< 120°F) резервуарах.

Сульфонаты альфа-олефинов стали одними из самых популярных и широко используемых химических поверхностно-активных веществ для использования в пеноматериалах. Это произошло в значительной степени из-за их комбинированных хороших характеристик пенообразования, относительно хорошей солеустойчивости, хорошей термической стабильности, доступности и относительно низкой стоимости. Смеси поверхностно-активных веществ с различным химическим составом были предложены для обеспечения преимуществ при составлении соответствующих пен. [4]

Использование фторированных поверхностно-активных веществ в рецептурах пеноматериалов показало некоторые перспективы. [5] Сообщалось, что фторированные поверхностно-активные вещества, используемые с другими поверхностно-активными веществами, часто улучшают устойчивость пены к воздействию масла. [6] Фторсодержащие поверхностно-активные вещества не нашли широкого применения в промысловых пенах в основном из-за их относительно высокой стоимости.

Свойства пены

Некоторые свойства, важные для характеристики объемной пены, которые могут существовать в бутылке, включают качество пены, текстуру пены, распределение пузырьков по размерам, стабильность пены и плотность пены.Качество пены — это объемный процент газа в пене при заданном давлении и температуре. Качество пены может превышать 97%. Объемные пены, имеющие достаточно высокое качество пены, так что ячейки пены состоят из многогранных жидких пленок, называются сухими пенами. [3] Пеноматериалы для улучшения эксплуатационных характеристик нефтяных месторождений обычно имеют качество пенообразования в диапазоне от 75 до 90%. При распространении через пористую среду подвижность многих пен уменьшается по мере увеличения качества пены до верхнего предела стабильности пены с точки зрения качества пены (верхний предел часто > 93% качества пены).При работе с паровыми пенами на нефтяных месторождениях качество пара относится к массовой доле воды, которая превращается в пар.

Текстура пены является мерой среднего размера пузырьков газа. Как правило, по мере того, как текстура пены становится тоньше, пена будет иметь большее сопротивление течению в вмещающей породе.

Распределение пузырьков по размерам является мерой распределения размеров пузырьков газа в пене. При неизменности всех других переменных объемная пена с широким распределением размеров пузырьков газа будет менее стабильной из-за диффузии газа от маленьких пузырьков газа к большим.Сопротивление течению жидкости в пористой среде со стороны пены будет выше, когда размер пузырьков относительно однороден. [3]

Стабильность пены на водной основе зависит от химических и физических свойств стабилизированной поверхностно-активным веществом водной пленки, разделяющей газовые пузырьки пены. Пены являются метастабильными образованиями; следовательно, все пены в конечном итоге разрушатся. Распад пены происходит в результате чрезмерного утончения и разрыва пленок жидкой пены со временем, а также в результате диффузии газа из более мелких пузырьков в более крупные, что приводит к увеличению размера пузырьков пены.Внешние воздействия, такие как контакт с пеногасителем (например, нефтью или неблагоприятной соленостью), контакт с гидрофобной поверхностью и локальный нагрев могут разрушить структуру пены.

Факторы, влияющие на стабильность ламелей пенопласта, включают гравитационный дренаж, капиллярное всасывание, поверхностную эластичность, вязкость (объемную и поверхностную), электрическое двухслойное отталкивание и стерическое отталкивание. [3] Стабильность пены, находящейся в пористой среде, требует целого ряда дополнительных соображений, которые рассматриваются в следующем подразделе этой главы.

Одной из привлекательных особенностей пен для использования с операциями заводнения газом является относительно низкая эффективная плотность пены. (В качестве справочного примечания: пены с улучшенными характеристиками, приготовленные на основе сверхкритического CO 2 , могут достигать плотности, превышающей плотность некоторых видов сырой нефти.) Характеристика низкой плотности имеет положительные последствия для пен, используемых как при заводнении с контролем подвижности, так и для блокирования поток жидкости. Низкая эффективная плотность приводит к выборочному размещению пены выше в интервале продуктивного пласта, где наиболее вероятно происходит заводнение газа или добыча газа.

Для технического пояснения: течение пены в пористой среде фактически происходит в виде цепочек пузырьков газа, разделенных ламелями жидкости. Таким образом, строго говоря, течение пены в пористых средах протекает как двухфазное течение — газопузырьковое и жидкостно-пластинчатое. С этой более технически правильной точки зрения именно низкая плотность газовой фазы способствует более предпочтительному размещению пены выше в резервуаре. Во время газового заводнения, такого как заводнение паром или CO 2 , пены низкой плотности, используемые для контроля подвижности, хорошо подходят для решения и уменьшения общей проблемы блокировки газа, которая часто препятствует контакту нагнетаемого нефтедобывающего газа с уровнем нефтенасыщенности ниже в вертикальный интервал коллектора.Избирательный контроль подвижности с помощью пены низкой плотности в верхней части коллектора заставит большее количество вытесняющего текучего газа контактировать с нефтенасыщенными участками ниже в коллекторе.

Низкая плотность пены, используемой во время газоблокирующей обработки, приводит к тому, что пена размещается выше в интервале пласта, где наиболее вероятны приток и добыча агрессивного газа. В этом отношении пены для использования в обработках с блокирующими агентами хорошо подходят для решения проблем, связанных с образованием газовых конусов и скоплений газа, возникающих в добывающих скважинах.Кроме того, перерегулирование газа в относительно однородном коллекторе с хорошей вертикальной проницаемостью вызывает избыточную добычу газа в верхнем интервале добывающих скважин. Газоблокирующая пена низкой плотности способствует удобному размещению вокруг таких проблемных скважин.

При рассмотрении потенциального преимущества низкой плотности во время укладки пены в рамках операции по улучшению соответствия необходимо тщательно учитывать относительные эффекты сил гравитации и сил вязкости, которые действуют во время укладки пены.То есть необходимо оценить горизонтальный градиент перепада давления по сравнению с вертикальным градиентом перепада давления, который будет испытывать пена во время ее течения и/или размещения в резервуаре.

Режим впрыска

Для впрыскивания пенопластов, улучшающих соответствие требованиям, используется один из трех совершенно разных способов:

  • Последовательный впрыск
  • Совместный впрыск
  • Готовая пена, созданная на поверхности перед инъекцией.

Последовательная закачка предполагает поочередную закачку в нефтяной пласт газовой и водной фаз пены.Совместная закачка включает в себя совместную закачку в пласт газовой и жидкой фаз пены. Из-за существенной эффективной вязкости пен и связанной с этим плохой приемистости предварительно сформированных пен, ранние применения пен с улучшенными характеристиками, как правило, включали режим последовательного впрыска или совместного впрыска. Кроме того, последовательный ввод и совместный ввод значительно проще реализовать в полевых условиях. Последовательный впрыск также позволяет избежать проблем с коррозией труб, если газ и пенообразующий раствор образуют коррозионно-активную смесь, как, например, в пенах CO 2 .

Концепция, которая подтверждается лабораторными данными, заключается в том, что в режиме последовательной или совместной закачки пена будет образовываться на месте в материнской породе-коллекторе. Поддержкой этого утверждения является ожидание того, что газ с низкой вязкостью и высокой подвижностью будет иметь тенденцию проникать в водный пенообразующий раствор и образовывать пену на месте.

Однако есть два существенных противодействия. Во-первых, когда газ начинает просачиваться в водный раствор и образовывать пену на месте, вновь образованная пена будет существенно уменьшать последующее застревание газа и отклонять последующий газовый поток от оставшегося водного пенообразующего раствора, находящегося непосредственно перед первоначально образовавшейся пеной.Это явление приводит к неэффективному и неэффективному использованию впрыскиваемых химикатов и жидкостей для пенообразования при производстве пены. Во-вторых, в промежуточных и дальних точках ствола скважины может не хватить механической энергии и/или перепада давления для образования пены на месте при использовании обычных растворов пенообразователя. Это особенно касается пенообразователей пара, азота и природного газа.

Краузе и др. [7] сообщалось об обработке пеной относительно призабойной зоны добывающей скважины, которая применялась на месторождении Прадхо Бэй для снижения избыточного газового фактора, возникающего при добыче повторно закачиваемого природного газа.Первая обработка включала закачку пенообразующего раствора в резервуар с последующей серией промывок. Предполагалось, что последующая добыча газа через введенный пенообразующий раствор, аналогично режиму последовательного нагнетания, вызовет образование газоблокирующей пены на месте. Вторая обработка по блокированию пенного газа включала последовательную закачку пенообразующего раствора и порцию азота. Ни одна из этих первых двух обработок блокировкой пенного газа не показала снижения ГФ после обработки.Третьей обработкой для блокировки пенного газа была азотная пена с качеством 65%, которая была предварительно сформирована на поверхности перед закачкой. Эта обработка значительно снизила газовый фактор обработанной добывающей скважины на несколько недель. Эти результаты свидетельствуют о том, что для многих применений пен, улучшающих соответствие природному газу и азоту, впрыск пены с использованием предварительно сформированного режима по сравнению с режимом последовательного впрыска или совместного впрыска приведет к превосходным характеристикам пены в нефтяном пласте при проведении. «околоскважинные» обработки.Если нет веских аргументов в пользу конкретного применения, то пены для большинства применений около- и промежуточных обработок ствола скважины для улучшения соответствия должны быть предварительно сформированы на поверхности перед закачкой.

При использовании пены CO 2 для контроля подвижности в ходе CO 2 затопление.Это связано с тем, что CO 2 , растворенный в водном растворе поверхностно-активного вещества, образует угольную кислоту, вызывающую коррозию стальных труб. Из-за низкого поверхностного натяжения CO 2 образование и распространение пены гораздо более осуществимо (чем пены пара, азота или природного газа) при реалистичных градиентах давления в пласте, которые возникают по всему резервуару. [1]

Исследования компьютерного моделирования показали, что оптимальной стратегией закачки для преодоления вытеснения газа во время операций заводнения является попеременная/последовательная закачка отдельных больших порций газа и пенообразующей жидкости при максимально допустимом фиксированном уровне. давление впрыска. [8] Это исследование было ограничено закачкой пены в однородный резервуар и не учитывало какое-либо взаимодействие пены с нефтью. Режим закачки поверхностно-активного вещества-переменного газа-улучшения (SAGA) для образования пены, контролирующей подвижность на месте, был предложен для использования при проведении крупномасштабных проектов заводнения WAG в водохранилищах Северного моря. [9]

Каталожные номера

  1. 1,0 1,1 Россен, В. Р. 1996. Пены при повышении нефтеотдачи. Пены — теория, измерение и применение , Р.К. Изд. Прудомма и С.А. Хана, 413–464. Нью-Йорк: Марсель Деккер Inc.
  2. ↑ Gauglitz, P.A., Friedmann, F., Kam, S.I. et al. 2002. Пенообразование в пористых средах. Представлено на Симпозиуме SPE/DOE по повышению нефтеотдачи, Талса, Оклахома, 13-17 апреля 2002 г. SPE-75177-MS. http://dx.doi.org/10.2118/75177-MS
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Шрамм Л.Л. и Вассмут Ф.1994. Пены: основные принципы. Пены: основы и применение в нефтяной промышленности , изд. LL Schramm, 3-45. Вашингтон, округ Колумбия: Достижения в области химии, серия 242, American Chemical Soc.
  4. ↑ Ллаве, Ф.М. и Олсен, Д.К. 1994. Использование смешанных поверхностно-активных веществ для образования пены для контроля подвижности при химическом заводнении. SPE Res Eng 9 (2): 125-132. SPE-20223-PA. http://dx.doi.org/10.2118/20223-PA
  5. ↑ Далланд, М. и Ханссен, Дж. Э. 1999.Пены с контролем газового фактора: демонстрация эффективности процесса пенообразования на масляной основе в модели физического потока. Представлено на Международном симпозиуме SPE по нефтепромысловой химии, Хьюстон, Техас, 16-19 февраля 1999 г. SPE-50755-MS. http://dx.doi.org/10.2118/50755-MS
  6. ↑ Маннхардт К., Новосад Дж. Дж. и Шрамм Л. Л. 2000. Сравнительная оценка устойчивости пены к маслу. SPE Res Eval & Eng 3 (1): 23-34. SPE-60686-PA. http://dx.doi.org/10.2118/60686-PA
  7. ↑ Краузе, Р.Э., Лейн Р.Х., Кюне Д.Л. и другие. 1992. Обработка пеной добывающих скважин для увеличения добычи нефти в Прадхо-Бей. Представлено на Симпозиуме SPE/DOE по увеличению нефтеотдачи, Талса, Оклахома, 22-24 апреля 1992 г. SPE-24191-MS. http://dx.doi.org/10.2118/24191-MS
  8. ↑ Шан, Д. и Россен, В. Р. 2002. Оптимальные стратегии закачки для пенного IOR. Представлено на Симпозиуме SPE/DOE по повышению нефтеотдачи, Талса, Оклахома, 13-17 апреля 2002 г. SPE-75180-MS. http://dx.doi.org/10.2118/75180-MS
  9. ↑ Ханссен, Дж.Э. и др. 1995. Закачка SAGA: новый комбинированный процесс увеличения нефтеотдачи для слоистых коллекторов. Геологическое общество, Лондон, специальное издание. 84 : 111-123. http://dx.doi.org/10.1144/GSL.SP.1995.084.01.12

Примечательные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые обязательно должен прочитать читатель, желающий узнать больше.

Внешние ссылки

Используйте этот раздел для размещения ссылок на соответствующие материалы на веб-сайтах, отличных от PetroWiki и OnePetro.

См. также

Пены

Поведение пены в пористой среде

Пены в качестве агентов, регулирующих подвижность

Пены в качестве блокирующих агентов

Полевое применение пеноматериалов, улучшающих соответствие требованиям

PEH: полимеры, гели, пены и смолы

Категория

Термические свойства биоразлагаемых пенопластов на основе крахмала, полученных с помощью экструзии в сверхкритической жидкости (SCFX)

ВВЕДЕНИЕ

Хотя вспененный пластик на основе пластика широко используется в одноразовых упаковках из-за его низкой плотности, хорошей теплоизоляции и низкой стоимости, существуют опасения по поводу воздействия таких синтетических пен на окружающую среду.[1] Многочисленные исследования были предприняты для разработки биоразлагаемых материалов для замены нефтехимических пен. Поскольку крахмал представляет собой природный полимер, который имеется в изобилии и является очень недорогим, он широко изучался в качестве кандидата для изготовления биоразлагаемых пен. [1–3] Сообщалось, что функциональные свойства пен на основе крахмала, включая плотность, эластичность Влагопоглощение, теплопроводность, температуропроводность и теплоемкость во многом зависят от состава, включающего гидрофобные добавки.[4–6] Из-за хрупкости и гигроскопичности биоразлагаемых пенопластов, изготовленных из чистых крахмалов, в рецептуре часто используются химически модифицированные крахмалы и/или совместимые добавки.[7]

Также известно, что физические, механические и термические свойства пенопласта на основе крахмала зависят от протоколов производства и обработки, используемых для их производства.[9] Это, в свою очередь, контролирует микроструктуру и морфологию конечных продуктов. Пенопласты на основе крахмала для амортизирующих и изоляционных применений обычно производятся с использованием экструзии на основе пара (SBX) из-за его низкой стоимости и высокой эффективности.[5] Ограниченный контроль над микроструктурой крахмальных пенопластов в обычных процессах SBX может быть достигнут путем манипулирования такими параметрами, как содержание влаги, геометрия головки, температура головки, удельная подводимая механическая энергия и скорость подачи.[1,5,6,8]. ] Однако продукты, вспененные паром, обычно имеют неоднородную ячеистую структуру и средний размер ячеек 2–3 мм, тогда как диаметр отдельных пор может достигать 6–8 мм.[8,9] Больший размер ячеек пенопласта на основе крахмала произведенный с использованием SBX по сравнению с пенопластом на основе пластика, часто может привести к плохой изоляционной способности.Наиболее эффективный способ повышения изоляционной способности требует снижения теплопроводности твердого тела за счет увеличения пористости с последующим уменьшением проводимости газовой фазы за счет уменьшения размера пор ниже длины свободного пробега воздуха.[10]

Ризви и др.[11] запатентовала новую технологию экструзии, сверхкритическую флюидную экструзию (SCFX) для производства вспененных пенопластов на основе крахмала. Они использовали SC-CO 2 в качестве пенообразователя, позволяющего производить пену при низкой температуре продукта (<100°C) с пониженным усилием сдвига.Сообщалось, что, регулируя рабочие условия и количество растворенного SC-CO 2 , можно управлять физическими и морфологическими свойствами экструдатов SCFX. [11,12] Алави и др. [12]. в своем исследовании структурных свойств экструдатов SCFX на основе крахмала, стабилизированного белком, сообщили, что их продукты имеют сложную и однородную микроячеистую структуру со средним размером ячеек в диапазоне 50–250 мкм, что примерно в 10–50 раз меньше, чем у паро- на основе экструдата.Эти исследователи также показали, что вспененный продукт SC-CO 2 имеет более контролируемое и однородное распределение размеров ячеек и морфологию расширения по сравнению с экструзией на основе пара. Индекс полидисперсности (PDI), который является мерой распределения размера ячеек экструдатов SCFX, варьировался от 0,90 до 0,97 по сравнению со значением 0,29 для паровых экструдатов, что указывает на превосходство распределения размера ячеек экструдатов SCFX. Значение PDI, близкое к 1, представляет собой равномерное распределение клеток.

Признавая, что меньшее и равномерное распределение ячеек будет способствовать лучшей изоляции, было бы разумно ожидать, что технология SCFX станет полезным инструментом для производства пенопласта на основе крахмала. Целью нашей работы было производство биоразлагаемых изоляционных пен на основе крахмала с использованием SCFX и оценка их тепловых свойств, включая теплоемкость, эффективную теплопроводность и эффективную температуропроводность.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалы

Предварительно желатинизированный кукурузный крахмал и изолят сывороточного белка (Bipro ® ) были приобретены у Cargill, Inc (Миннеаполис, Миннесота) и Davisco Food International, Inc (Иден Прери, Миннесота), соответственно.Три состава с различными концентрациями WPI (0, 12 и 18 мас.%) были приготовлены путем пропорционального смешивания двух сухих ингредиентов в смесителе для предварительного смешения в течение двух часов.

SCFX Extrusion

Двухшнековый экструдер Wenger TX-57 Magnum с параллельным вращением (Wenger Manufacturing, Сабета, Канзас) с головками 4,5, диаметром цилиндра 52 мм и отношением L/D 28,5 был сконфигурирован для экструзии сверхкритической жидкости. SC-CO 2 вводили в расплав крахмал-WPI через четыре клапана, расположенных вокруг цилиндра экструдера при L/D = 24.Пластина ограничителя потока была установлена ​​на выходном конце последнего цилиндра и перед узлом матрицы для поддержания и регулирования давления, как описано Ризви и др. [11]. Схема системы SCFX показана на рисунке 1.

Рисунок 1 Схема экструзии сверхкритической жидкости.

Рисунок 1 Схема экструзии сверхкритической жидкости.

В процессе обработки SCFX давление в цилиндре экструдера перед входом в матрицу было доведено до 10,3 МПа. Скорость вращения шнека и скорость сухой подачи составляли 120 об/мин и 35 кг/ч соответственно. 5% воды в пересчете на сухой корм вводили в цилиндр для предварительного кондиционирования для улучшения гидратации сывороточного протеина, а дополнительные 53% воды в пересчете на сухой вес вводили непосредственно в цилиндр. Температуру продукта на выходе из головки поддерживали приблизительно на уровне 55~60°C для всех экспериментов.Матрица, использованная в эксперименте, имела круглое поперечное сечение и прямолинейное сечение, следующее за конусом. Входной диаметр, общая длина и длина прямого участка составляли 17 мм, 33,7 мм и 18 мм соответственно, а диаметр матрицы составлял 4,2 мм. Две одинаковые круглые матрицы были установлены на пластине матрицы для каждого используемого диаметра. Использовали SC-CO 2 скорости введения 0,00, 0,4, 0,8 и 1,2 мас.% в расчете на массу сухого корма. Экструдаты, вышедшие из головки, собирали на металлические поддоны и сушили при 75°С в конвекционной печи в течение 5 часов.Высушенные экструдаты хранили при постоянной активности воды в течение 48 ч для достижения равновесия влажности (содержание влаги 12,0 ± 1,0%).

Характеристика физических свойств

площадь поперечного сечения штампа. Диаметр экструдата измеряли с помощью цифрового штангенциркуля и использовали для расчета площади поперечного сечения. Каждое значение было средним из 30 показаний. Штучную плотность (кг/м 3 ), определяемую как отношение массы образца к его общему объему, включая пустоты, измеряли геометрическим методом.[13] Объем экструдата рассчитывали путем умножения площади поперечного сечения и длины, предполагая, что экструдат представляет собой прямой цилиндр. Процедуру повторяли 10 раз для каждого набора образцов. Доля пустот (V f ), определяемая как отношение объема пор к общему объему образца, рассчитывалась по следующему уравнению. (1)

где кг/м 3 ), σ u = плотность нерасширенного материала (кг/м 3 ).Плотность нерасширенных экструдатов SCFX была получена путем расчета с использованием уравнения и значений плотности, предложенных Choi et al. [14].

Измерение теплоемкости

Теплоемкость, которая представляет собой количество тепла, необходимое для повышения температуры единицы массы материала на единицу градуса, определяли с помощью модулированного дифференциального сканирующего калориметра (MDSC).[15] MDSC имеет возможность разделять сложные переходы с повышенной чувствительностью для обнаружения слабых переходов.[16] Массовая теплоемкость экструдатов была определена с использованием модулированного дифференциального сканирующего калориметра (MDSC) TA 2920 с процедурами, описанными Tan et al. [17]. скорость нагрева 5°C/мин; амплитуда ±1°С; 60 период; Диапазон сканирования 10–100°C. В качестве эталона использовали пустую алюминиевую кастрюлю. Использовалась масса образца 10 мг. Образцы герметизировали с помощью пресса для герметизации образцов. Точность оборудования проверяли калибровкой теплоемкости по сапфировому эталону.В этом исследовании для анализа использовалась теплоемкость при 30°C. Для оценки точности измерения теплоемкости сравнивались массовые теплоемкости и расчетные теплоемкости. Теоретическая теплоемкость рассчитывалась с использованием объемных долей всех компонентов, включая крахмал, белок, воду и воздух, их плотности и теплоемкости. Теплоемкости воздуха и воды были получены из литературы [14,17], тогда как теплоемкости крахмала и белка были измерены.

Расчет теплопроводности

Теплопроводность экструдированных продуктов была рассчитана с использованием методов, описанных ранее.[18] Они предложили прогнозировать эффективную теплопроводность пористых пищевых продуктов, используя следующую модифицированную версию модифицированной модели Максвелла. продукт, твердый материал и воздух соответственно. Значение j представляет собой эмпирический параметр, который составляет 0,75 для изотропных пористых пищевых продуктов, а ε представляет собой пористость, которая представляет собой объемную долю экструдированного пеноматериала. Теплопроводность твердых материалов, k c , была рассчитана на основе объемных долей крахмала, белка и воды с использованием значений каждого компонента, предоставленных Choi et al.[14,19]

Расчет коэффициента температуропроводности

Эффективный коэффициент температуропроводности экструдированных пен, соотношение теплопроводности и объемной теплоемкости, был получен [20,21] с использованием следующего уравнения. (3)

где , De, k e , σ и Cp представляют собой эффективную температуропроводность, эффективную теплопроводность, удельную плотность и массовую теплоемкость экструдированных пен соответственно. Эффективная теплопроводность, k e , была рассчитана, как описано ранее, а удельная плотность и массовая теплоемкость были получены экспериментальным путем.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В таблице 1 показан состав трех составов, содержащих прежелатинизированный кукурузный крахмал и WPI (0, 12, 18 мас.%), а также четыре уровня SC-CO 2 (0, 0,4, 0,8 и 1,2). добавили мас.%). Также указаны конечное содержание влаги во вспененных экструдатах и ​​их выбранные физические свойства. Как и ожидалось, коэффициент расширения (ER) и плотность кусков экструдатов SCFX показали обратную зависимость, аналогичную тому, что Bhatnagar et al.[4] и Набар и др. [5]. наблюдали для паровых экструдатов. Экструдаты SCFX, содержащие только кукурузный крахмал, имели более низкую плотность и более высокий ER по сравнению с продуктами с добавлением WPI. Было замечено, что добавление WPI снижает расширение, что приводит к получению экструдатов с более высокой плотностью, особенно при впрыскивании 1,2 мас.% SC-CO 2 . Алави и др. [12] сообщили, что добавление 3-7 мас.% термоотверждаемых белков, таких как белок яичного белка и концентрат сывороточного белка 34 (WPC-34), увеличивало коэффициент поперечного расширения экструдатов SCFX, тогда как ER снижался при добавлении выше 7 мас.%.Они пришли к выводу, что термореактивные свойства этих белков препятствуют разрушению экструдата после экструзии, что приводит к более высокому расширению. Однако сообщалось, что включение сывороточного белка может препятствовать расширению и увеличивать плотность продукта при паровой экструзии.[22] Денатурация сывороточного белка при высоких температурах (> 70 ° C) была связана с уменьшением расширения. Поскольку в этом исследовании температура экструдата SCFX поддерживалась приблизительно на уровне 55–60°C, денатурация белка на головке была бы сведена к минимуму.Следовательно, более низкая вязкость расплава и/или эластичность экструдата с добавлением WPI по сравнению с экструдатом SCFX, содержащим только крахмал, может быть причиной наблюдаемого уменьшенного расширения. Чиннасвами и др. [23] сообщили, что низкая вязкость расплава снижает степень расширения экструдатов, вспененных паром.

Термические свойства биоразлагаемых пен на основе крахмала, полученных с помощью сверхкритической жидкостной экструзии (SCFX)https://doi.org/10.1080/10942

1444705

Опубликовано в Интернете:
23 апреля 2008 г.

Уровни впрыска CO 2 на физические и термические свойства пены SCFX на основе крахмала

Впрыск SC-CO 2 вспенивающего агента увеличил расширение по сравнению с нерасширенным контрольным образцом (таблица 1).Тем не менее, наиболее расширенные продукты были получены при содержании SC-CO 2 2 2 0,8 % или 0,4 % по весу, что подразумевает значительное разрушение экструдата при скорости впрыска SC-CO 2 1,2 % по весу, возможно, из-за потери газа. с поверхности продукта. Следовательно, содержание SC-CO 2 от 0,4 до 0,8 мас.% будет оптимальным количеством вспенивающего агента для получения экструдатов SCFX на основе расширенного крахмала.

Таблица 1 также показывает, что теплоемкость увеличивается с увеличением плотности экструдатов SCFX.Продукты с добавлением WPI с использованием 0,4 % масс. и 0,8 % масс. впрыска SC-CO 2 показали более низкую теплоемкость, чем экструдаты, впрыскиваемые с 0,0 % масс. и 1,2 % масс. . Этот вывод можно объяснить повышенным включением воздуха с более низкой удельной теплотворной способностью (∼1,0 кДж/кг°C)[24] по сравнению с крахмалом (1,5–2,0 кДж/кг°C) и белком (1,3–1,8 кДж/кг°C). °C).[14,19] Рисунок 2 также подтверждает это наблюдение, демонстрируя хорошую корреляцию между измеренной теплоемкостью экструдатов SCFX и расчетной теплоемкостью с использованием массовых долей каждого компонента, включая воздух, крахмал, белок и воду.Влияние включения воздуха на теплоемкость пены SCFX на основе крахмала ясно показано на рисунке 3, когда теплоемкость пены была построена в зависимости от доли пустот. В нескольких исследованиях использовалась ДСК для измерения удельной теплоемкости продуктов на основе крахмала во время нагревания. Хван и др. [25] пришли к выводу из своего исследования с использованием ДСК, что соотношение вода/крахмал вызвало самые большие различия в кажущейся теплоемкости, поскольку вода имеет гораздо более высокую теплоемкость. Они сообщили, что теплоемкость нативного крахмала равна 1.638 кДж/кг°C с содержанием влаги 13,4% при 40°C, тогда как значения для прежелатинизированного кукурузного крахмала и WPI, использованные в этом исследовании, составляют 1,91 и 1,87 кДж/кг°C соответственно при 30°C. Ноэль и др. [26] обнаружили, что клейстеризованный крахмал обладает более высокой теплоемкостью, чем нативный крахмал. Теплоемкость пены SCFX на основе крахмала варьировалась в пределах 1,06–1,82 кДж/кг°C, в то время как Almanza et al.[20] сообщается о теплоемкости пенополиэтилена в диапазоне 2,3–2,9 кДж/кг°С при 40°С. Они также сообщили, что теплоемкость на единицу объема увеличивается с увеличением плотности.Луи и др. [1] сообщили, что теплоемкость экструдатов на основе крахмала с поливиниловым спиртом (ПВС) колеблется в пределах 0,93–5,95 кДж/кг°С, и объяснили их высокую теплоемкость уменьшением размера клеток и взаимодействием между молекулами крахмала и ПВС. Они предположили, что для применения в изоляции желательна более высокая теплоемкость, но в этом исследовании было обнаружено, что теплоемкость уменьшается по мере расширения пены.

Термические свойства биоразлагаемых пен на основе крахмала, полученных с помощью экструзии в сверхкритической жидкости (SCFX) https://doi.org/10.1080/10942

1444705

Опубликовано онлайн:
23 апреля 2008 г.

Рисунок 2 Корреляция между расчетной теплоемкостью и измеренной теплоемкостью экструдатов SCFX.

Термические свойства биоразлагаемых пен на основе крахмала, полученных с помощью сверхкритической жидкостной экструзии (SCFX)https://doi.org/10.1080/10942

1444705

Опубликовано онлайн:
23 апреля 2008 г. емкость экструдата SCFX.

Рисунок 3 Влияние доли пустот на теплоемкость экструдата SCFX.

На рис. 4 показана взаимосвязь между эффективной теплопроводностью и паросодержанием. Теплопроводность экструдатов SCFX рассчитывали, исходя из предположения, что поры изотропны, а теплопроводность экструдатов SCFX является функцией плотности кусков. Понятно, что теплопроводность уменьшается с увеличением газосодержания. Теплопроводность воздуха равна 0.0,294 Вт/м°C при 30°C, что значительно ниже значений для крахмала (0,277 Вт/м°C) и белка (0,249 Вт/м°C) Чой и др. [14]. Следовательно, продукты из высокорасширенного пеноматериала с более высокой долей пустот предполагают наличие большего количества воздуха, что приводит к более низкой теплопроводности. Влага оказывает большое влияние на теплопроводность продукта на основе биополимера, но для пористого материала влияние воздуха на теплопроводность больше, чем влияние воды. [27,28] Друзас и др. [29]. пришел к аналогичному выводу, что теплопроводность линейно возрастает с увеличением насыпной плотности.Альманза и др. [20] расчетные значения теплопроводности пенополиэтилена в диапазоне 0,03–0,377 Вт/м°С. Йолдас и др. [10] сообщается, что теплопроводность плотного полиуретана составляет 0,15 Вт/м°C, тогда как теплопроводность типичного пенополиуретана с меньшей плотностью составляет 0,04 Вт/м°C. Тао и др. [30] показали, что теплопроводность жестких пенополиуретанов с открытыми порами изменялась от 0,037 до 0,039 Вт/м°C при увеличении их плотности от 62 до 77 кг/м 3 . Они также предположили, что теплопроводность пенопласта может быть снижена, если газ внутри ячеек заменить другим газом, таким как углекислый газ, имеющим более низкую теплопроводность (0.016 Вт/м°C), чем воздух. Было обнаружено, что наши значения находятся в диапазоне 0,06–0,19 Вт/м°C, что сравнимо с другими изоляционными пенами на основе пластика. В этом исследовании эффективная теплопроводность рассчитывалась с использованием объемных долей воздуха, крахмала, белка и воды, поскольку первоначальный углекислый газ в ячейках экструдата SCFX диффундировал из окружающей среды. Следовательно, было бы возможно еще больше снизить теплопроводность экструдата SCFX на основе крахмала, если бы можно было уменьшить плотность пены и свести к минимуму диффузию диоксида углерода наружу, манипулируя рабочими условиями и рецептурами.

Термические свойства биоразлагаемых пен на основе крахмала, полученных с помощью сверхкритической жидкостной экструзии (SCFX)https://doi.org/10.1080/10942

1444705

Опубликовано онлайн:
23 апреля 2008 г.

Рисунок 4 Влияние доли пустот на теплопроводность экструдата SCFX.

На рис. 5 показана взаимосвязь между эффективной температуропроводностью и паросодержанием.Было замечено, что температуропроводность экструдатов SCFX зависит от доли пустот. Однако наблюдается лишь незначительное увеличение коэффициента температуропроводности по мере увеличения доли пустот от 0,2 до 0,6, в то время как доля пустот увеличивается быстро выше 0,6, что приводит к зависимости по степенному закону. Увеличение коэффициента температуропроводности экструдатов SCFX из-за увеличения доли пустот можно объяснить разницей температуропроводности между воздухом и твердыми материалами, включая крахмал, белок молочной сыворотки и воду.Приведен коэффициент температуропроводности для воздуха (2,16 × 10 –5 м 2 /с), о котором сообщили Shen et al. [31]. на два порядка выше, чем значение для крахмала (2,0 × 10 −7 м 2 /с), о котором сообщают Родригес и др. [32]. большее количество воздуха в пене повысит коэффициент температуропроводности продукта. Томас и др. [33] сообщили, что коэффициент температуропроводности пленки концентрата сывороточного белка (WPC-80) составлял 0,71 × 10 -7 м 2 /с, что близко к коэффициенту крахмала.Быстрое увеличение коэффициента температуропроводности выше 0,6 доли пустот можно объяснить разницей в размере ячеек и их распределении в экструдатах SCFX. Альманза и др. [20] провел численный расчет влияния размера ячеек вспененного полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) на его термодиффузию и пришел к выводу, что коэффициент температуропроводности является функцией не только плотности вспененного материала, но и размера ячеек. Они получили те же тенденции, что и это исследование, и предположили, что более крупные клетки могут быть ответственны за более высокую тепловую диффузию.Сообщалось, что коэффициент расширения, средний размер ячеек и плотность ячеек экструдатов SCFX будут зависеть от состава и условий эксплуатации.[12] Таким образом, возможно, что экструдаты SCFX, имеющие меньшую долю пустот, демонстрируют больший средний размер ячеек, что приводит к более высокой температуропроводности. Кроме того, в этом исследовании эффективная теплопроводность рассчитывалась без учета влияния распределения ячеек по размерам. Дальнейшие исследования с использованием анализа изображений и фактических измерений были бы полезны для изучения влияния внутренней структуры экструдатов SCFX на их тепловые свойства.

Термические свойства биоразлагаемых пен на основе крахмала, полученных с помощью сверхкритической жидкостной экструзии (SCFX)https://doi.org/10.1080/10942

1444705

Опубликовано онлайн:
23 апреля 2008 г. диффузионная способность экструдата SCFX.

Рисунок 5 Влияние доли пустот на температуропроводность экструдата SCFX.

Эффективные значения температуропроводности наших экструдатов были определены в диапазоне 1.1–2.2 × 10 −4 м 2 /с. Интересно, что эти значения значительно превышают диапазон 1,6–10,2 × 10 −7 м 2 /с, указанный Almanza et al. [20]. для пенополиэтилена, возможно, из-за меньшей теплоемкости пены SCFX на основе крахмала. Просиак и др. [34] сообщили, что коэффициент температуропроводности жесткого пенополиуретана плотностью 28 кг/м 3 в зависимости от метода оценки составляет 0,383–0,438 × 10 -7 м 2 /с. Высокая температуропроводность пенопласта на основе крахмала не является желательным атрибутом для применения в качестве изоляции.Таким образом, коэффициент температуропроводности пеноматериалов SCFX на основе крахмала можно улучшить не только за счет снижения теплопроводности, но и за счет добавления гидрофобных ингредиентов для управления их плотностью и теплоемкостью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Расширение и плотность экструдатов SCFX контролировали, манипулируя концентрацией WPI и скоростью впрыска SC-CO 2 . Кроме того, было установлено, что теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность экструдатов SCFX на основе крахмала зависели от их доли пустот.Измеренная теплоемкость экструдатов SCFX с использованием модулированного дифференциального сканирующего калориметра находилась в диапазоне 1,11–1,82 кДж/кг°C при 30°C, аналогично значениям, указанным для пенополиэтилена. Расчетная теплопроводность наиболее расширенного экструдата SCFX составила 0,064 Вт/м°C, что сравнимо с 0,043–0,077 Вт/м°C и 0,02–0,04 Вт/м°C, указанными для пенополиэтилена и пенополиуретана соответственно. Таким образом, биоразлагаемые пенопластовые продукты на основе крахмала, разработанные с помощью системы SCFX, обладают высоким потенциалом для применения в качестве изоляционных материалов.

Рисунок 2 Корреляция между рассчитанной теплоемкостью и измеренной теплоемкостью экструдатов SCFX.

проводимость экструдата SCFX.

9000

Таблица 1 Эффекты композиции и SC-CO 2 Уровни впрыска на физических и тепловых свойствах SCFX на основе крахмала

9174 9174 9174 9174 9174 9174 9174 9174 9174 + + 91 824 12% + девяносто одна тысяча восемьсот двадцать две 82% +
-желатинизированный крахмал (Pre-CS) Изолят сывороточного протеина (WPI) SC-CO 2 Скорость введения (мас. %) Содержание влаги (мас. %) Степень расширения Плотность кусков (1 кг/м) 3 ) Объем пустот Теплоемкость при 30°C (кДж/кг°C) Расчетная теплоемкость при 30°C (кДж/кг°C) Расчетная теплопроводность при 30°C (Вт/м °C) Расчетная температуропроводность при 30°C (м 2 /с × 10 −4 )
100% 12

0%

11,7 ± 0,35 2,1 ± 0,09 946,8 ± 47,3 0,35 1,70 ± 0,11 1,76 0,19 1,15
0,4 12,8 ± 0,51 4,7 ± 0,49 310,2 ± 10,5 0,79 1,40 ± 0,13 1,25 0,07 1,65
0,8 девяносто одна тысяча семьсот восемьдесят семь 12,7 ± 0,38 4,8 ± 0,3 260,0 ± 14,2 0,82 1.11 ± 0,03 1,21 0,06 2,35
1,2 12,7 ± 0,64 3,4 ± 0,42 333,5 ± 36,6 0,77 1,14 ± 0,07 1,27 0,07 1,97
88% 0,0 12,9 ± 0,39 1,9 ± 0,31 1000,7 ± 50 0,32 1,65 ± 0,16 1,82 0,20 1,20
0.4 13,1 ± 0,39 3,4 ± 0,07 501,7 ± 15,8 0,67 1,25 ± 0,13 1,39 0,09 1,50
0,8 13,2 ± 0,53 3,1 ± 0,24 570,0 ± 18,5 0,73 1,42 ± 0,01 1,33 0,08 1,38
1,2 13,2 ± 0,4 1,5 ± 0,26 740,0 ± 22,2 0,50 1.60 ± 0,14 1,60 0,13 1,11
18% 0,0 12,9 ± 0,65 1,9 ± 0,2 890,8 ± 34,5 0,30 1,87 ± 0,04 1,84 0,17 0,91
0,4 13,2 ± 0,53 3,6 ± 0,12 410,0 ± 20,5 0,75 1,24 ± 0,01 1,30 0,08 1,80
0.8 12,9 ± 0,52 1,7 ± 0,53 620,0 ± 33,7 0,58 1,71 ± 0,19 1,50 0,12 1,18
1,2 13,4 ± 0,4 1,7 ± 0,14 610,0 ± 24.9 0.52 0.52 ± 0,05 1.59 0.14 0.14 1.10
Pre-CS порошок 8,0 ± 0,24 1.91 ± 0.22
WPI порошок
10,0 ± 0,31 1.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.