Пенополиуретан что это за материал. Список тематических статей

Изделия могут быть вспененными, армированными волокнами или сеткой — стальной, стекловолокнистой, стекловатой, полипропиленовой, ламинированными пленкой, мембраной и т.д. Пенополиуретан выпускается в виде листов.

Что такое пенополиуретан

Пенополиуретан (ППУ) — имеет пористую структуру, состоящую из открытых или закрытых ячеек, заполненных воздухом. 5-10% пенополиуретана составляет полимер, остальные 90-95% — воздух.

По своим свойствам, механическим характеристикам и структуре пенополиуретан можно разделить на несколько групп.

Жесткий: материал имеет закрытопористую структуру, не эластичен и выпускается в виде листов и форм различных размеров. Основное применение жесткого пенополиуретана — изоляция и звукоизоляция конструкций. Жесткий пенополиуретан легко сверлить и резать. Плиты крепятся к основанию с помощью саморезов или болтов, а формованные элементы (например, для изоляции труб) — с помощью специального клея.

Сетка. Так называется пенополиуретан, который образуется в результате разрушения (сшивания) клеточных мембран. Ретикулированный пенополиуретан чаще всего используется в фильтрующих системах. Например, для автомобильных фильтров, в конструкциях для механической очистки воздуха и т.д. Нестандартные свойства этого материала позволяют использовать его как уплотнительный материал, как изолирующий элемент в одежде, для разделения масла и воды, в средствах индивидуальной защиты (респираторах), в качестве насадок для швабр и т.д.

Эластичный. Этот материал часто называют вспененной резиной или EPSU. Он имеет открытую ячеистую структуру, очень эластичен и прочен. В отличие от предыдущих видов пены, пенорезина сжимается под воздействием внешних нагрузок, но быстро восстанавливается после их снятия. ППУ-резина используется в производстве мягкой мебели, автомобильных сидений, ортопедических матрасов и в других областях, где требуется прочный, упругий и безопасный материал.

Наносится методом напыления. Он изготавливается путем смешивания химических компонентов непосредственно при нанесении материала на поверхность. Напыляемый пенополиуретан можно наносить на все типы конструкций, включая сложные изогнутые формы. После затвердевания смеси образуется водонепроницаемое, бесшовное покрытие. Чаще всего материал используется для заполнения звукоизоляционных перегородок, теплоизоляции потолков, крыш, чердаков и других конструкций.

Особенности пенополиуретана

Независимо от структуры и формы выпуска, этот материал имеет ряд общих преимуществ. К ним относятся:

химическая инертность. Пенополиуретан устойчив к воздействию большинства агрессивных химикатов – щелочей, кислот и т. п;
биологическая устойчивость. ППУ не поражается грибками, плесенью;
малый вес. Так как вспененный полиуретан на 90–95 % состоит из воздуха, то весит он немного, всего 5–40 кг/м³, в зависимости от вида ППУ.

Недостатком материала является его чувствительность к прямому солнечному свету. Если солнце постоянно светит на ППУ, он желтеет.

Характеристики ЭППУ

Мягкий пенополиуретан имеет более широкий ассортимент по сравнению с другими категориями. Важно выбрать материал с теми параметрами, которые наиболее подходят для конкретного бытового или промышленного применения. При выборе пенопласта следует обратить внимание на его свойства.

Основные. Это два параметра, которые определяют долговечность и упругость материала при усадке:

плотность . Она измеряется в кг/м³, указывает массу полимера, содержащуюся в единице объема. Стандартная плотность поролона составляет 16–40 кг/м³. Чем выше этот показатель, тем долговечнее материал. Оптимальная плотность для спальных мест – не менее 30 кг/м³;
напряжение при сжатии . Оно характеризует жесткость поролона и показывает, какую силу следует приложить к ЭППУ, чтобы сжать его на 40 %. Например, если она составляет 4,2 кПа, то жесткость указывается как 42.

Дополнительные . Они дают более подробное описание свойств поролона. К дополнительным свойствам относятся :

прочностные показатели . Они характеризуются двумя параметрами: предельной прочностью и относительным удлинением. Первая характеристика определяется как сила, которую нужно приложить к поролону, чтобы его разорвать. Вторая – как процентное удлинение материала до разрыва по отношению к исходной длине. Для стандартных марок поролона эти показатели составляют около 130–140 кПа и примерно 220–280 %;
эластичность. Для ее измерения на поролон с нормативной высоты бросают специальный шарик. По высоте отскока определяется уровень эластичности. Чем выше отскакивает шарик, тем эластичнее материал;
остаточная деформация . Это один из основных показателей качества поролона. Чем ниже остаточная деформация, тем лучше материал сохраняет форму в процессе эксплуатации. Если поролон будет использоваться для сидений, например автомобильного кресла, рекомендуется выбирать материал, у которого этот показатель будет очень низким.

Читайте ещё: Предел прочности металла: почему нужно учитывать этот показатель. Что такое предел прочности.

В некоторых случаях учитывается дополнительное свойство — индекс комфортности поролона. Он показывает, насколько комфортно использовать данный вид ППУ.

Получение пенополиуретана

Состав ЭПС, как уже упоминалось, получается в результате реакции полиола и полиизоцианата. Этот процесс включает в себя реакции поликонденсации, в результате которых образуется побочный продукт. В случае ППУ этим продуктом является диоксид углерода CO2. Этот газ не удаляется из вязкой среды образующегося полимера, а образует пузырьки внутри полимера. Таким образом, создается пенополиуретановая структура, напоминающая пену.

В зависимости от природы используемого сырья, соотношения компонентов, условий производства и т.д. пена может быть твердой или мягкой и иметь различную плотность. Известно, что из одной тонны сырья получается около 20 кубических метров ППУ с плотностью около 50 кг/м3. Такой объем готовой изоляции всего из 4-5 бочек сырья ведет к более широкому применению ППУ в современных конструкциях.

Однако пенополиуретан производится и в заводских условиях. Чаще всего жесткий пенополиуретан используется для изоляции стальных или пластиковых труб и фитингов, а мягкий пенополиуретан — в мебельном производстве. В этом случае используются экструзионные машины высокого давления. Компоненты подаются под давлением в специальную головку, где они смешиваются и на высокой скорости впрыскиваются в специальную форму. Таким образом, полимер синтезируется и формуется одновременно.

Наиболее важным параметром качества пенополиуретана, как и любого другого подобного материала, является плотность. Она должна соответствовать стандартным подложкам и быть равномерной по всему объему заводского изделия. Распределение размеров пор также очень важно. Они не должны быть слишком большими и не должны сильно варьироваться. На современных заводах эти параметры проверяются в лаборатории.

Свойства ППУ

Важным преимуществом этой полимерной пены является ее низкая токсичность. Хотя российские требования к ППУ строже, чем во многих других странах, при использовании в качестве теплоизоляции он обычно получает знак безопасности в гигиеническом сертификате.

Пенополиуретан также достаточно безопасен в отношении огня; это медленно горящий материал. Для достижения наилучших свойств безопасности рекомендуется использовать антипирены в составе компонентов пенополиуретана. В этом случае пена не поддерживает горение и горит только в присутствии внешнего пламени. Если источник горения удален, пенополиуретан перестает гореть и даже не тлеет. Группа горючести пенополиуретана важна, когда материал используется в строительстве стен и потолков или в производстве мягкой мебели; она не важна, когда он применяется, например, для теплоизоляции воздуховодов.

Ниже приведены прочие важные характеристики рассматриваемого материала:

— Он подходит для самых разных температур — от минус 250 до 180 градусов Цельсия,

— он имеет минимальный коэффициент теплопроводности 0,023 — 0,032 Вт/мК,

— ППУ устойчив к воздействию живых организмов, включая микробы, плесень и гниение,

— имеет низкое водопоглощение — при влажности 98% водопоглощение при наличии поверхностной пленки составляет 0,04% в течение 24 часов.

Преимущества ППУ

Пенополиуретан — уникальный материал. Его использование позволяет максимально сократить сроки строительства.

При использовании пенополиуретана методом литья образуется однородный материал, который равномерно заполняет все необходимые швы, зазоры и другие полости. В случае литья под давлением (см. ниже) пенополиуретан образует непрерывный, водонепроницаемый изоляционный слой без повреждений и границ, которые могут в дальнейшем повредить изоляционный слой и привести к разрушению изоляции.

Пенополиуретан можно наносить на поверхность любой формы и размера. При заливке подходит любой объем и конструктивное пространство, не обязательно замкнутое. В случае избытка пенополиуретана излишки материала можно легко удалить позднее.

Поверхность, изделия или заполненные полости из пенополиуретана служат не менее 25 лет, если, конечно, они не повреждены в течение этого времени.

Техническое описание и разновидности

Свойства пенополиуретана зависят от ряда факторов. Наиболее важными из них являются состав, соотношение смешивания всех компонентов и скорость химических процессов после нанесения на рабочую основу. Исходя из этих факторов, существует несколько подтипов:

Гибкий. Фактический это мягкий ППУ, эластичный и пружинистый материал, который в большей степени известен как поролон. Главный недостаток здесь – низкая прочность на разрыв.
Плотный. Образец с повышенной плотностью и твердостью. Но минусом является хрупкость, низкая прочность на сгибание.
Вспененный. Самый востребованный тип материала, так как обладает оптимальными свойствами для эксплуатации. Мастера и пользователи здесь недостатков не отмечают.

Читайте ещё: Приготовление цементного раствора. Как развести цемент с песком.

По своим эксплуатационным характеристикам различают два типа материалов: вспененные и жесткие. Первый характеризуется эргономичностью, так как образует бесшовный теплоизоляционный слой. Состав наносится путем распыления массы, приготовленной на месте. Второй вариант ППУ представляет собой листовой или фольгированный материал, который может использоваться для теплоизоляции дома и увлажняет поверхность.

В таблице приведена информация о технических характеристиках пенополиуретана с кратким описанием.

Параметр	Описание
Теплопроводность	Показатель зависит от процентного содержания газа в ячейках. У жестких вариантов показатель находится в пределах 0,019-0,035 Вт/мК (для сравнения – у минеральной ваты это 0,045-0,056 Вт/мК).
Шумопоглощение	Влияющие факторы: пористость, толщина покрытия, частота звуковых колебаний, жесткость каркасной конструкции. Оптимальным для улучшения акустических свойств помещения считается материал со средним уровнем эластичности.
Химическая инертность	Реагенты, которые входят в состав строительных отделочных материалов, не способны оказывать разрушительное воздействие на полимерный утеплитель. Также ППУ способен защитить металлическое основание от агрессивных явлений провоцирующих появление коррозии. Однако эффективность у разных образцов может отличаться. Также не все варианты выдерживают прямой контакт с концентрированными кислотами.
Плотность	Диапазон значений представлен в виде 30-80 кг/куб.м. Главными определяющими моментами являются технология производства и назначение готового материала.
Водопоглощение	Показатели зависят от плотности конечного результата. Чем меньше пор, тем ниже впитывающая влагу способность. Как правило, материалы способны поглотить в сутки не более 1-3% от общего объема образца. Существуют продукты с содержанием гидрофобизирующих добавок, которые снижают коэффициент водопоглощения (например, касторовое масло дает результат в 0,25-1%).
Горючесть	В состав пенополиуретана могут входить антипиреновые добавки (например, состав на основе фосфора или галогена). Это позволяет производить огнестойкий продукт, который самостоятельно затухает и трудно воспламеняется. В помещениях с высоким уровнем пожароопасности наносится два слоя ППУ: обычный и огнестойкий.

Применение

Рассмотрим пенополиуретан — что это такое как материал для строительства и обустройства дома. Основное назначение пены — утепление, звукоизоляция, герметизация локальных участков и монтажных швов. Жидкий состав также используется для крепления различных конструктивных элементов: Подоконники, софиты, рамы и наличники, гипсокартонные плиты и панели.

Плиты чаще всего используются в качестве подложки для нежестких полов, уложенных по методу «плавающего пола». Панели используются для тепло- и звукоизоляции дома. Существуют также плотные изделия из пенополиуретана для отделки потолка, защиты и облицовки примыкающих углов между потолком или полом и стенами.

Видео описание

В этом видео эксперт дает обзор свойств пенополиуретана на примере утепленной мансардной крыши и экспериментов:

Таблица плотности и жесткости

Ниже приведена таблица с коэффициентами жесткости и плотности основных видов пенополиуретана.

Марка	Плотность	Жесткость
ST (поролон)	18 – 35 кг/куб.м.	2,3 – 4,6 кПа
HL	До 40 кг/куб.м.	5,4 – 6,9 кПа
EL	16 – 32 кг/куб.м.	2,3 – 5,2 кПа
HS	20 – 45 кг/куб.м.	1 – 3,6 кПа
HR	30 – 55 кг/куб.м.	2,8 – 4,2 кПа
LR	28 – 50 кг/куб.м.	0,7 – 2,4т кПа
RTC	20 – 40 кг/куб.м.	2,5 – 4,5 кПа
Вторично вспененный	От 60 кг/куб.м.	5 – 7 кПа

Виды ППУ

Рассмотрим подробнее уже упомянутые виды пенополиуретана, а также некоторые другие.

Жесткий

Жесткий пенополиуретан (HL) обладает следующими техническими свойствами:

жесткость не больше 40 кг/куб.м.;
плотность от 5,4 до 6,9 кПа;
эластичность по откосу – 35 – 45%;
способность к растяжению без разрыва – до 120% от первоначального размера;
теплопроводность – до 0,03 Вт/м*с.

Его основное применение — в производстве мягкой мебели, автомобильных сидений и игрушек.

К преимуществам относятся:

довольно высокую прочность;
способность быстро восстанавливать форму;
среднюю мягкость;
низкая теплопроводность.

Основным недостатком является низкая эластичность и низкая прочность на разрыв.

Ретикулированный

Основной недостаток — низкая прочность и низкая долговечность.Основной недостаток — низкая прочность и низкая долговечность.Низкая прочность и низкая долговечность — это следующие технические характеристики:

жесткость не меньше 20 и не больше 40 кг/куб.м.;
плотность от 2,5 до 4,5 кПа;
эластичность по откосу – 35 – 45%;
способность к растяжению без разрыва – до 135% от первоначального размера;
теплопроводность – до 0,033 Вт/м*с.

Читайте ещё: Егоза – что такое и где применить. Егоза что это такое.

Материал обладает всеми преимуществами жесткого ППУ, но гораздо легче растягивается. Это делает его более устойчивым к неблагоприятным механическим воздействиям.

К недостаткам относится более высокая теплопроводность по сравнению с другими типами.

Эластичный

Эластичный ППУ (индекс EL) обладает следующими свойствами:

жесткость не меньше 16 и не больше 32 кг/куб.м.;
плотность от 2,3 до 5,2 кПа;
эластичность по откосу – 35 – 45%;
способность к растяжению без разрыва – до 150% от первоначального размера;
теплопроводность – до 0,025 Вт/м*с.

Основным преимуществом эластичного пенополиуретана типа EL является его очень высокая эластичность. Когда к материалу прикладывается физическое давление, он может растягиваться до половины своего первоначального размера без разрыва. EL обладает очень хорошей теплопроводностью, поэтому его можно использовать в качестве теплоизоляционного материала.

Области применения EL очень разнообразны. В первую очередь, он используется для тепло- и звукоизоляции, а также для изготовления мебели.

Вспененный

Вторичный пенополиуретан обладает следующими техническими свойствами:

жесткость не меньше 60 кг/куб.м.;
плотность от 5 до 7 кПа;
эластичность по откосу – 28 – 35%;
способность к растяжению без разрыва – до 110% от первоначального размера;
теплопроводность – до 0,035 Вт/м*с.

Где используется

Несмотря на широкий спектр применения, пенополиуретан чаще всего используется в производстве мягкой мебели и игрушек. В качестве наполнителя подходят практически все виды пенополиуретана. Исключение составляет сетчатая пена (хотя иногда ее остатки используются для наполнения). Жесткие сорта используются для изготовления пластиковых мебельных пружин и ортопедических пружин. Пеной часто набивают подушки.

ППУ часто используется под сильно вибрирующие элементы любых конструкций (кузов автомобиля, станок в производстве).

Кроме того, ППУ часто используется в качестве теплоизоляционного материала. Хотя различные марки имеют разную теплопроводность, в этом отношении они превосходят большинство других строительных материалов.

Пенополиуретан является важным элементом звукоизоляции. Он часто используется в студиях звукозаписи. При необходимости этот материал можно использовать и для звукоизоляции квартиры или многоквартирного дома (что особенно важно).

Минусы

Недостатки есть, но их немного.

Малая устойчивость к воздействию ультрафиолетового излучении, как естественного, так и от ламп, электросварки и пр. процессов. Защита простая – штукатурка или двухслойная окраска поверхности.
Материалы с группой горючести Г2 не стоит использовать на сильно нагревающихся поверхностях. При длительном нагреве возможно возгорание.
Относительная дороговизна материала и процесса его нанесения.

Область применения

ППУ в виде готовых изделий производится практически всеми существующими методами:

заливкой в полости;
напылением на обрешетку или просто поверхность стены;
литьем в точные многоразовые формы;
листы и «скорлупы» для труб получают экструзией или прессованием.

Жесткие марки ППУ обычно используются в строительстве.

ППУ используется для утепления кирпичных стен, бетона, дерева, легкого бетона, металла, полов и потолков.

Для утепления фундамента деревянного дома читайте, как использовать ППУ изоляцию здесь.

Для установки оконных и дверных элементов она используется в виде монтажной пены.

Пенополиуретан используется для утепления и одновременной герметизации кровли. Он покрывает крыши любой конфигурации и сложности сплошным слоем без стыков и швов.

Изоляция сараев, складов, фруктовых и овощных хранилищ, цистерн, резервуаров и других емкостей выполняется с помощью пены.

Покрытия из пенополиуретана можно наносить внутри помещений, между стенами, в полостях и на наружные поверхности.

Способы монтажа

На строительных площадках пенополиуретан используется в различных формах.

Большинство из них представляют собой напыляемые твердые покрытия, которые не только обеспечивают тепло- и звукоизоляцию, но и повышают несущие свойства конструкций.

Его часто используют для заполнения пустот в конструкциях. Например, после прокладки коммуникаций в стенах и потолках пустоты заполняют пенообразующей смесью, что уменьшает мостики холода.

В промышленном строительстве полупустоты используются для изоляции уже проложенных трубопроводов. Проще и дешевле строить новые трубопроводы из труб, предварительно изолированных пенополиуретаном, и изолировать на месте только стыки.