Elastyczne materiały termoizolacyj ne

TOM 2 wrzesień-paździemik 1998 r. SCetAto**t&Uf' nr 5

W ładysław M. Rzymski*

Elastyczne materiały termoizolacyj ne

Do najważniejszych stosowanych obecnie w technice elastycznych materiałów termoizolacyjnych zaliczyć należy spieniony PS i PE, pianki PU oraz materiały wytwarzane z porowatych, usieciowanych elastomerów.

Właściwości użytkowe tych materiałów zależą od rodzaju zastosowanego polimeru, stopnia spienienia oraz wymiarów i struktury porów. Przenikanie ciepła przez spienione, mikrokomórkowe termoizolatory zależy przede wszystkim od przewodnictwa cieplnego gazu wypełniającego komórki tworzywa oraz w mniejszym stopniu od udziału promieniowania termicznego wewnątrz komórek. Jest ono ekstremalną funkcją gęstości pozornej termoizolatora, a minimum przenikalności cieplnej zależy od rodzaju zastosowanego polimeru.

Przenikanie ciepła w drodze konwekcji jest natomiast istotne tylko w przypadku materiałów o dużych, otwartych porach.

Na podstawie danych literatury omówiono podstawowe właściwości spienionego PS, PE, PU oraz spienionych elastomerów jako tworzyw termoizolacyjnych, ze szczególnym uwzględnieniem materiałów wytwarzanych z usieciowanych kauczuków, zwracając uwagę na ich zachowanie się w warunkach zagrożenia pożarem i pożaru oraz stabilność właściwości termoizolacyjnych podczas użytkowania.

Słowa kluczowe: elastomery, przenikanie ciepła, m ateriały termoizolacyjne, spienione polimery, spienione elastomery, palność materiałów polimerowych

Elastic thermal insulation materials

Foamed PS, PE, PU and closed cell elastomeric materials made o f vulcanised rubbers are the most important elastic thermal insulations used in the industrial and building applications. The use properties o f these materials are influenced by the kind o f basic polymer used, extend o f foaming, the cell dimension and cell structure as well. The heat transfer throught the foamed materials is governed at first by the heat conductivity o f the gas that occupied the cells and at minor extend by the thermal radiation component in the cells.

The insulation ability is an extremal function o f the apparent density o f foamed material and its maximal value depends on the basic polymer used. On the basis o f the literature papers the thermal insulation properties and use properties including the combustibilty o f foamed PS, PE, PU and vulcanised

cellular rubbers are presented and discussed.

Keywords: elastomers, heat transfer, thermoinsulating materials, foamed polymers, foamed elastomers, combustibility o f polymer materials

* Instytut Polimerów Politechniki Łódzkiej

S fa a tw t& U fi nr 5 wrzesień-paździemik 1998 r. TOM 2

1. Wstęp

W ymagania stawiane m ateriałom term oizolacyj­

nym stosowanym we współczesnej, energooszczędnej technice grzewczej i chłodniczej oraz w układach kli­

m atyzacyjnych są pow odem dla którego używane do­

tychczas tworzyw a klasyczne, jak wełna mineralna, włókno szklane, korek, izolacje azbestowo-cem ento­

we i gipsowo-klejowe, są wypierane przez produkty nowej generacji, w tym przez elastyczne materiały ter­

moizolacyjne w ytwarzane z tworzyw term oplastycz­

nych lub z elastomerów. Akceptowalny w praktyce m ateriał term oizolacyjny musi charakteryzować się wieloma cechami użytkowymi, z których najważniej­

szą j est mały współczynnik przenikania ciepła K. Jego wartość nie pow inna zależeć od temperatury użytko­

wania, zazwyczaj w przedziale 220 - 440 K, w dodat­

ku w zm ieniających się zewnętrznych warunkach eks­

ploatacji izolowanego term icznie urządzenia lub in­

stalacji. Duże znaczenie ma także ochrona izolowane­

go przewodu lub powierzchni przed szkodliwym dzia­

łaniem czynników zewnętrznych, w tym zwłaszcza wil­

goci i/lub kondensatu pary wodnej. W wielu zastoso­

waniach istotne jest zachowanie się materiału term o­

izolacyjnego w warunkach zagrożenia pożarowego lub pożaru.

Najlepszym i najtańszym m ateriałem term oizo­

lacyjnym jest powietrze, lub ogólnie gazy, pod w a­

runkiem, że niem ożliwa będzie jego konwekcja zwią­

zana z różnicą gęstości pow odow aną gradientem tem ­ peratury oraz wykluczy się lub ograniczy w istotny sposób przepuszczalność pary wodnej, ewentualnie innych substancji agresywnych względem izolowanej term icznie powierzchni. Idea ta jest realizowana w praktyce w drodze stosow ania tworzyw spienionych, komórkowych lub mikrokomórkowych, o różnej struk­

turze porów, odm iennych cechach użytkowych, róż­

niących się ponadto trwałością, łatw ością montażu i łączenia, a ponadto ew entualną koniecznością stoso­

wania dodatkowych zabezpieczeń lub wykonania nie­

zbędnych operacji wykończeniowych.

2. Przenikanie ciepła przez ma­

teriały porowate

W tw orzyw ach spienionych lub porow atych przenikanie ciepła następuje w wyniku jednoczesne­

go biegu trzech odmiennych, równoległych procesów

dyskretnych, tj. przewodnictwa, konwekcji i prom ie­

niowania term icznego [1], Zgodnie z równaniem dy­

fuzji Fouriera sumaryczna ilość ciepła Q przekazywa­

na przez jednostkę powierzchni term oizolatora zależy od ogólnego lub efektywnego współczynnika przeni­

kania ciepła K oraz gradientu temperatury 577Sx :

Q = K(hT/bx) (1)

Param etr K jest cechą w łaściw ą materiału, za­

leżną od temperatury, grubości warstwy term oizola­

tora i warunków wym iany ciepła. W dowolnych w a­

runkach przenikania ciepła każdy z w ym ienionych wyżej trzech procesów dyskretnych realizowany jest równoległe do pozostałych i wpływa na nie. Do celów obliczeniowych i projektowych przyjmuje się, że ogól­

ny lub efektywny współczynnik przenikania ciepła jest sumą trzech param etrów cząstkowych, związanych z procesami dyskretnymi:

K = k + k + k (2)

gdzie: kc- kcs + k - param etr charakteryzujący prze­

wodnictwo cieple fazy stałej i gazowej (ka, kcg); kconv i kr - param etry charakteryzujące odpowiednio prze­

nikanie ciepła w drodze konwekcji gazu wypełniają­

cego pory spienionego tworzywa oraz w drodze pro­

m ieniowania term icznego [1].

Skochdopole [2] i Harding [3] stwierdzili, że w tworzywach porowatych typu spieniony PS o dosta­

tecznie małych rozm iarach komórek (średnia średni­

ca < 2,5 mm) m ożna pom inąć konwekcyjne przekazy­

wanie ciepła. Na podstawie wyników tych badań przyj­

muje się ogólnie, że konwekcyjne przekazywanie cie­

pła w stosowanych w technice porowatych m ateria­

łach term oizolacyjnych może być pominięte w prak­

tycznych rozważaniach, tj. kconv = 0 [1].

W iększość stosowanych w technice porowatych tworzyw term oizolacyjnych zawiera mieszaninę ga­

zów, zajm ującą do 98 % objętości tworzywa. W przy­

padku spieniania fizycznego są to z reguły fluorowę- glowodory starszej lub nowszej generacji, ewentual­

nie inne fizyczne substancje spieniające, natomiast w przypadku spieniania chemicznego - mieszaniny tlen­

ków azotu, powietrza, dwutlenku węgla i innych ga­

zów [4]. Przenoszenie ciepła w drodze przewodnic­

twa cieplnego fazy gazowej analizuje się zazwyczaj na podstawie klasycznej kinetycznej teorii gazów, por.

[1]. W spółczynnik przew odnictw a cieplnego gazu k zależy od jego tem peratury i ciężaru cząsteczkowego,

TOM 2 wrzesień-paździemik 1998 r. S ta A tw i& U f, nr 5

natomiast przy m ałym i średnim ciśnieniu, a taki przy­

padek występuje w stosowanych w praktyce spienio­

nych term oizolatorach, nie zależy od wartości ciśnie­

nia gazu w kom órkach tw orzyw a. Przew odnictw o cieplne gazu maleje ze wzrostem jego ciężaru cząstecz­

kowego w sposób pokazany na rys. 1.

Przewodnictwo cieplne m ieszaniny gazów kcgm można obliczyć z dokładnością± 5 % oznaczając chro­

m atograficznie jej skład i stosując półem piryczne, wykorzystujące zasadę addytywności równanie zapro­

ponowane przez Wassila i rozwinięte następnie przez M asona i Saxena, por. [1]. Jeśli faza stała w spienio-

Rys. 1. Zależność przewodnictwa cieplnego gazów kc od ciężaru cząsteczkowego (źródło: Rubber Chem.

Technol. 1993, 6ń, 476)

Sbl& tM t& U f, nr 5 wrzesień-paździemik 1998 r. TOM 2

nym term oizolatorze nie stanowi bariery dyfuzyjnej dla gazu pierwotnie wypełniającego komórki, to gaz ten jest w ypierany przez powietrze, co zwykle pow o­

duje wzrost przewodnictwa cieplnego i przyśpieszenie starzenia tworzywa. Zjawisko to jest szczególnie wyraź­

ne w spienionych tworzywach poliuretanowych [1].

Struktura komórek w spienionych tworzywach jest skomplikowana i może być rozpatrywana w układzie przestrzennym w dobrym przybliżeniu jako układ pen- tagonalnych dodekaedrów (dwunastościanów), rys. 2.

Rys. 2. Schemat budowy komórki spienionego tworzy­

wa (źródło: Rubber Chem. Technol. 1993, 6ń, 476) Około 80 % fazy polimerowej zawarta jest w roz­

porach (miejscach połączenia ścianek komórek), na­

tomiast reszta - w ściankach komórek termoizolatora [1, 5]. Rozpatrując spienione tworzywo jako m iesza­

ninę dw ufazową gaz - ciało stałe, w której gaz roz­

proszony jest w fazie stałej, ciągłej polim eru zarówno w postaci izolowanych pęcherzyków (jak w przypadku spienionego PS), jak i w postaci komórek częściowo po­

łączonych ze sobą (jak w przypadku elastycznych pia­

nek PU) oraz idealizując w dopuszczalnym stopniu struk­

turę wewnętrzną materiału, można powiązać przewod­

nictwo cieplne spienionego termoizolatora k z udzia­

łem objętościowym fazy stałej V i gazowej Vj oraz z przewodnictwem cieplnym obu faz k j k g [6]:

K r K l K^2K+I>+2K KM kS2+vf i ⁽

)

W przypadku pianek o małej gęstości pozornej, tj.

F = 1 iV s = l- V =0, równanie to upraszcza się do po­

staci [7]:

k = k_{CC C g} + _{v CS S ~} (2kV)/3 _{k /} (4)

Z rów nania p ow yższego w ynika, że o p rze ­ w odnictw ie cieplnym tw orzyw spienionych o m a­

łej gęstości pozornej, tj. przy K < 0,05, decyduje zasadniczo p rzew odnictw o cieplne gazu w yp ełn ia­

jąceg o kom órki term oizo latora. W przew odzeniu ciepła przez taką kom pozycję bierze udział tylko 2/3 objętości polim erow ej fazy stałej. Pozostała część polim eru, uło żon a w w arstw ach prostopadłych do kierunku przep ły w u ciepła, nie bierze u działu w przew odzeniu ciepła przez porow aty term oizolator.

B axter [7] stw ierdził zad o w alającą zgodność w y­

ników d ośw iadczalnych dla spienionego PS z ob li­

czeniam i teoretyczn y m i, w ykonanym i z w yk orzy ­ staniem zaproponow anego m odelu.

Znane i opisane są w literaturze także inne m o­

dele przew odnictw a cieplnego spienionych kom po­

zycji polim erow ych. Z asadnicze różnice z reguły sprow adzają się do przyjm ow ania odm iennego spo­

sobu u ło ż e n ia w y p e łn io n y c h gazem k om órek w polim erze oraz innego sposobu oceny udziału p rze ­ w odnictw a cieplnego fazy stałej w ściankach i m iej­

scach ich połączenia. Podstaw ow e trudności i czę­

sto znaczne, dochodzące do ± 15 % różnice p o m ię­

dzy obliczeniam i w ykonyw anym i z zastosow aniem tych m odeli a w ynikam i dośw iadczalnym i zw iąza­

ne są z faktem , że w łaściw ości fizyczne i term iczne polim eru w cienkich ściankach kom órek są często inne niż w łaściw ości polim eru w m asie, por. [1].

W w ielu przypad kach istotn ą rolę w p rze n i­

kaniu ciepła przez spienione term oizolatory odgry­

wa także p rom ieniow anie term iczne [8]. O dnosi się to w szczególności do tw orzyw o bardzo małej gę­

stości pozornej i porach o dużych rozm iarach. W w yniku obniżania gęstości pozornej następuje bo ­ w iem znaczne zm niejszenie grubości ścianek ko­

m órek i zw iązany z tym w zrost ich przeźroczysto- ści dla prom ieniow ania IR o długości fali 2 - 3 0 pm , co pow oduje w zrost przenikania ciepła przez term oizolato r po obniżeniu jego gęstości pozornej poniżej w artości granicznej, rys. 3.

W teoretycznych rozw ażaniach o przenikaniu ciepła w drodze prom ieniow ania termicznego przyj­

muje się, że może być ono realizowane przez odbicie z rozproszeniem, absorpcję i reemisję, zarówno przez ścianki jak i rozpory kom órek [1, 2]. Z wielu publika­

cji poświęconych modelowaniu m atematycznemu i ilościowemu opisowi zjawiska przenikania ciepła w drodze prom ieniow ania termicznego w termoizolato- rach ze spienionego m ateriału wym ienić należy m.

in. prace Y elenzuela i G licksm ana oraz C unningha-

TOM 2 wrzesień-październik 1998 r.

SlaatMtenty

Rys. 3. Zależność przenikliwości cieplnej termoizolatora K od jego gęstości pozornej (źródło: Rubber Chem.

Techno1. 1993, óń, 476)

ma i SpaiTowa [ 1,9]. W ich ujęciu współczynnik prze­

nikania ciepła związany z prom ieniow aniem term icz­

nym kr oblicza się ze wzoru:

kr = 16ceTJd/(2 - z) (5)

gdzie: o - stała Stefana-Boltzmana, £ - em isyjność p o­

wierzchni komórki, Tm - średnia temperatura wewnątrz komórki, d - odległość pom iędzy analizowanymi po­

wierzchniami.

Zgodność tego i innych modeli z wynikami do­

świadczalnymi przenikania ciepła w drodze prom ie­

niowania termicznego jest jednak gorsza niż w przy­

padku modeli opisujących przewodnictwo cieplne ter- m oizolatorów ze spienionego m ateriału por. [1]. Z badań W illiamsa i Aldo [10] wynika, że udział pro­

mieniowania termicznego względem ogólnej ilości cie­

pła przenikającego przez term oizolator wyraźnie ro­

śnie ze wzrostem średniego rozmiaru komórki spie­

nionego PS, natom iast przy grubości próbki L > 1 mm nie zależy od grubości warstwy izolującej, rys. 4.

3. Rodzaje i właściwości stoso­

wanych spienionych materia­

łów termoizolacyjnych

Z dokonanego omówienia podstaw mechanizmu przenikania ciepła przez spienione materiały wynika, że ich właściwości term oizolacyjne w istotnym stop­

niu zależą od rodzaju polim eru zastosowanego jako

S bz& tw teru f, nr 5 wrzesień-paździemik 1998 r. TOM 2

Rys. 4. Względny udział promieniowania termicznego k /k w przenikaniu ciepła przez spieniony PS o różnej wielkości komórek i grubości próbki L (źródło: Rub­

ber Chem. Technol. 1993, 6ń, 476)

faza stała, stopnia i sposobu spienienia oraz rodzaju gazu wypełniającego komórki. Zależności te um ożli­

w iają dokładniejsze poznanie przyczyn decydujących o zaletach i wadach stosow anych w technice m ateria­

łów term oizolacyjnych.

Do pierw szej generacji m ateriałów term oizo­

lacyjnych, sto sow anych nadal w technice, należy zaliczyć korek, w łókno szklane i w ełnę m in eraln ą [11]. C h arak tery zu ją się one akceptow alną, p o cząt­

kow ą w ielko ścią w spółczynnika przenikania ciepła.

Ich podstaw ow a w ada - nasiąk liw o ść w o d ą - w y n i­

ka z faktu, że w łaściw y term o izo lato r - pow ietrze je s t w nich m echaniczn ie zaokludow ane pom iędzy

pojedynczym i w łókienkam i lub ich skupiskam i.

Taka struktura m ateriału pow oduje, że w m a­

teriałach tej grupy b rak je s t dostateczn ie trw ałej

b a rie ry p o w strz y m u ją c e j d yfu zję p a ry w odnej i kondensatu, rys. 5A - na p rzykładzie w łókna szkla­

nego. C ech ą ch arak te ry sty c z n ą term o izolato rów z tej grupy je s t po kaźny w zrost w artości efek ty w n e­

go w spółczyn n ik a p rzen ik an ia ciepła w m iarę p o ­ chłaniania w ody lub pary w odnej, a w ięc w yraźne pogorszenie w łaściw ości term oizolacyjnych w m ia­

rę upływ u czasu użytkow ania, rys. 6A. N ie bez zn a­

c z e n ia s ą ta k ż e u s z k o d z e n ia iz o lo w a n y c h p o ­ w ierzchni rurociągów lub instalacji, pow odow ane jed n o czesn y m d ziałaniem pary w odnej i kon d ensa­

tu na przew ody zim nego czynnika lub zim nej wody.

W w ielu p rzy p ad k ach obserw uje się intensyw ny rozw ój kultur b ak teryjny ch i grzybów , co je s t p rzy ­ czy n ą przykrego zapachu, w ystępującego często w zaw ilgoconych pom ieszczen iach , w których in sta­

lacje obudow ano term oizolatoram i z tej grupy. Z a­

stosow anie dodatkow ych osłon gipsow ych, cem en­

tow ych lub opasek m etalow ych w połączeniu z m a­

low aniem p ow ierzchni pozw ala w praw dzie ograni­

czyć w ystępo w an ie tych niekorzy stny ch zjaw isk, je d n a k ż e w ym ag a to d o d atk o w y ch nak ład ó w na m ateriały i robociznę, nie prow adząc w w iększości przypadków do zad ow alający ch efektów estetycz­

nych. W adą tej klasy m ateriałów je s t także kło p o­

tliwy, „bru d ny” m ontaż.

O panow anie techn olo gii syntezy i p rzetw ó r­

stw a po lim erów spow odow ało, że na rynku p o ja ­ w iła się druga generacja m ateriałów term o izolacyj­

nych, z których ugrun tow an e znaczenie i pozycję za jm u ją pianki z żyw ic fen olow o-form aldehydo- w ych, spienione PU, spieniony PS (Styropian, Sty- ropor), a ostatnio także spieniony PE. W p o rów n a­

niu z om ów ionym i w cześniej m ateriałam i ch arak ­ te ry z u je je le p sz a te rm o iz o la c y jn o ść , z n a c z n ie m niejsza p rzep u szczalność pary w odnej i kon d en­

satu w ody oraz w iększa stabilność w łaściw ości ter­

m oizolacyjn ych w m iarę upływ u czasu eksp loata­

cji [12, 13]. N ie bez znaczen ia je s t także ich zn acz­

nie łatw iejszy m ontaż i bardziej estetyczny wygląd.

Struktura w ew nętrzn a m ateriałów tej grupy nie je st je d n a k idealna z punktu w idzenia w ym agań staw ia­

nych term o izolato rom ze spienionych m ateriałów , rys. 5B, 5C. Stosow ane technologie spieniania i/

lub w ytw arzan ia porów [14] pow odują, że pory w m ateriałach tej klasy (spieniony PS, PU) są częścio­

wo otw arte i połączone ze sobą, w zw iązku z czym p rzep u szczają one w znacznym stopniu parę w o d­

n ą i w odę, tracąc tym sam ym sw oje pierw otnie do ­ bre w łaściw ości term oizolacyjne, rys. 6B, 6C.

TOM 2 wrzesień-paździemik 1998 r. SfaA totneM fi nr 5

Rys. 5. Struktura wewnętrzna materiałów termoizolacyjnych i pokazana poglądowo przepuszczalność przez nie wody i pary wodnej

A: włókno szklane o otwartych, połączonych porach

B: spieniony PS o częściowo otwartych kanałach międzyziarnowych C: pianka PU o porach częściowo połączonych

D: elastomer mikrokomórkowy o porach izolowanych (źródło: materiały firmy EASTERN POLYMER INDUSTRY)

S fad& w ten ty nr 5 wrzesień-paździemik 1998 r. TOM 2

W A TA SZKLANA

PIANKA

POLIESTYRENOWA

PIANKA-

POLIURETANOWA

■A

*

Czas pracy

(rura z zimną wodą)

A

B C D

Rys. 6. Przepuszczalność pary wodnej (I) oraz współczynnik przenikania ciepła (II) przez materiały termoizo­

lacyjne w zależności od czasu pracy rury z zimną wodą; termoizolator bez dodatkowych zabezpieczeń A: włókno szklane o otwartych, połączonych porach

B: spieniony PS o częściowo otwartych kanałach międzyziarnowych C: pianka PU o porach częściowo połączonych

D: elastomer mikrokomórkowy o porach izolowanych (AEROFLEX) (źródło: materiały firmy EASTERN PO­

LYMER INDUSTRY)

Istotną w adą pianek PS jest ich niewielka gięt­

kość i wytrzym ałość, zanik porów pod wpływem pod­

wyższonej tem peratury oraz um iarkowana zaledwie odporność na działanie czynników atmosferycznych, w tym prom ieniow ania UV. Pociąga to za sobą ko­

nieczność stosowania m etalow ych osłon zabezpiecza­

jących lub pokryw ania osłony izolacyjnej zew nętrzną w arstw ą farby, a nawet - jak w przypadku stosowania płyt ze Styroporu w ociepleniach budynków - dodat­

kowej siatki wzmacniającej i tynkofarby jako elementu osłaniającego i dekoracyjnego.

M ateriałami termoizolacyjnymi o akceptowalnej giętkości i elastyczności są niektóre pianki PU oraz spieniony PE, por. [12,13]. Posiadają one dobre i dość stabilne podczas użytkow ania właściwości term oizo­

lacyjne, rys. 6C. Ich w adą jest ograniczona odporność na starzenie świetlne, zwłaszcza pod wpływem pro­

m ieniowania UV, co pow oduje konieczność stosowa­

nia dodatkowych osłon m etalowych lub pokrywania ochronną w arstw ą farby. Warto wspomnieć o zabaw­

nej wydawałoby się właściwości pianek PU. W opinii wielu użytkowników przemysłowych ciągów ciepłow­

niczych, izolacje term iczne wykonane ze spienionych PU są ulubionym siedliskiem gryzoni, z upodobaniem niszczących warstwę izolacyjną, co powoduje uszko­

dzenia dużych odcinków ciepłociągów.

W zględnie prosta technologia wytwarzania spie­

nionego PU spowodowała, że w ostatnich kilku latach wiele małych i średnich firm wytwarza i oferuje m a­

teriały term oizolacyjne tego typu, por. [12, 13]. Ter­

m oizolacyjne rury i arkusze ze spienianego PE w y­

twarzane są m. in. przez firmę KORFF i rozprowa­

dzane w Polsce pod nazwa handlow ą THERMAFLEX i THERM ASHEET [13].

N ajnow szągeneracjąpolim erow ych materiałów term oizolacyjnych są tw orzyw a m ikrokom órkow e

TOM 2 wrzesień-paździemik 1998 r. S fa a tw te n y nr 5

wytwarzane z elastomerów, zwykle o specjalnym prze­

znaczeniu. M ateriały tego typu są w ytwarzane m. in.

przez firm ę A R M STR O N G pod n azw ą h an d lo w ą ARM AFLEX [15], STO M IL-SA NO K S.A. pod na­

zw ą handlow ą SANFLEX [16] oraz firmę EASTERN POLYMER INDUSTRY pod nazw ą handlow ą AERO- FLEX [11]. M ateriały AEROFLEX są rozprow adza­

ne w Polsce przez firmę IEP Sp. z o. o. w Pabianicach.

C harakteryzują się one elastycznością w szerokim przedziale temperatury, dobrymi właściwościam i ter­

moizolacyjnymi, odpom ościąna działanie czynników atm osferycznych i otoczenia, i to bez konieczności stosow ania dodatkow ych osłon zabezpieczających, łatw ością m ontażu i ewentualnej w ym iany uszkodzo­

nych fragmentów. M ogą być stosowane zarówno w instalacjach wew nętrznych jak i zewnętrznych. W y­

twarzane są w wersjach: trudno palne i niepalne/sa- mogasnące, z zastosowaniem antypirenów zaw ierają­

cych halogenki lub też uwodnionych tlenków glinu lub magnezu jako antypirenów nieorganicznych nowej ge­

neracji [17]. Ze względu na bardzo duży udział za­

mkniętych m ikroporów oraz obecność naskórka ce­

chuje je bardzo mała przepuszczalność pary wodnej i wody, a zatem znacznie w iększa niż w przypadku omówionych wcześniej m ateriałów stabilność właści­

wości termoizolacyjnych podczas eksploatacji, rys. 5D, 6D. Elastomerami używanym i do ich w ytw arzania są najczęściej CR, NBR, EPDM, VAE, por. [11, 15, 16,

18], co w połączeniu z zastosowaniem w koniecznych przypadkach odpowiednio dobranych antyozonantów nadaje tym m ateriałom także znakom itą odporność na działanie ozonu. W tabeli 1 zestawiono podstawowe w łaściw ości w ybranych polim erow ych m ateriałów termoizolacyjnych.

Tabela 1. Podstawowe właściwości wybranych polimerowych materiałów termoizolacyjnych

Właściwość Pianka PU THERMAFLEX ARMAFLEX SANFLEX AEROFLEX

Gęstość pozorna, kg/m3 40-50 40 90 80-110 60-100

Struktura porów zamknięte zamknięte zamknięte zamknięte zamknięte

Sorpcja wody, % obj. 10 2 0,5 brak danych 3

Współczynnik przenikania ciepła K, W/mK 0,030 0,038 0,038 0,032 0,039

Zakres temperatury stosowania, K <410 200-380 200-380 230-380 215-400 Odporność na palenie palna samogasnący samogasnący samogasnący samogasnący

Toksyczne produkty spalania HCN brak HCI HCI brak

Powstawanie “ kropli ogniowych” tak tak nie nie nie

Pianka PU - produkt firmy PPU “MAT” w Łodzi [12]

THERMAFLEX - spieniony PE, produkt firmy KORFF [13]

ARMAFLEX - mikrokomórkowy elastomer, produkt firmy ARMSTRONG [15]

SANFLEX - mikrokomórkowy elastomer, produkt firmy STOMIL-SANOK S.A. [16]

AEROFLEX - mikrokomórkowy elastomer, produkt firmy EASTERN POLYMER INDUSTRY [11]

Dane dotyczące współczynnika przenikania ciepła K odnoszą się do temperatury -3 0 0 K

Ze względu na rosnące stosowanie wewnętrznych instalacji ogrzewczych i klim atyzacyjnych w budyn­

kach mieszkalnych, w obiektach użyteczności publicz­

nej o dużym natężeniu ruchu (supermarkety, hotele, lotniska) oraz w obiektach odosobnionych (statki i okręty) istotne znaczenie ma zachowanie się użytych term oizolatorów w warunkach zagrożenia pożarow e­

go i pożaru, por. [17, 19, 20]. Z analizy wypadków śm iertelnych podczas pożarów w RFN i w Wielkiej Brytanii w latach osiem dziesiątych wynika, że ponad 2/3 ogólnej liczy ofiar straciła życie nie na skutek bez­

pośredniego działania ognia lub wysokiej tem peratu­

ry, lecz w związku z dużą gęstością dymu, uniem ożli­

wiająca odnalezienie dróg ewakuacji i ucieczkę oraz na skutek działania toksycznych produktów spalania i pirolizy, w tym m ateriałów polim erowych, por. [20].

Ważne jest także zachowanie się materiału term oizo­

lacyjnego w początkowych stadiach rozprzestrzenia­

nia się pożaru, tj. brak topnienia m ateriału i spływania z niego tzw. „kropli ogniowych”, które m ogą być po­

tencjalnymi, nowymi ogniskami przenoszenia i roz­

szerzenia pożaru.

4. Uwagi końcowe

W konkretnych warunkach stosowania elastycz­

nym m ateriałom term oizolacyjnym m ogą być staw ia­

ne dodatkowe wymagania, np. olejoodporności i inne.

Stwierdzono, że obecne w term oizolatorach ze spie­

nionych m ateriałów wolna siarka oraz większa ilość wolnych przyspieszaczy z grupy tiazoli przyśpieszają k o ro zję iz o lo w a n y c h p o w ie rz c h n i m eta lo w y ch , zwłaszcza w przypadku stosowanych ostatnio coraz

ZfaA tM t& U f, nr 5 wrzesień-paździemik 1998 r. TOM 2

częściej przew odów wykonanych z miedzi lub z jej stopów, por. [ 11 ]. W związku z tym oraz przy uwzględ­

nieniu om ówionych wcześniej uw arunkowań związa­

nych z zachow aniem się term oizolatorów w w arun­

kach zagrożenia pożarem , a ponadto ze względu na obowiązujący ju ż praktycznie zakaz stosowania fre­

onów jako substancji spieniających, należy liczyć się z w ypieraniem z w ielu dotychczasow ych zastosowań m. in. spienionego PU oraz term oizolatorów elasto­

merowych uniepalnianych za pom ocą antypirenów za­

wierających halogenki, związki antymonu lub fosfo­

ru. Przyszłość w dziedzinie elastycznych m ateriałów termoizolacyjnych należeć będzie do porowatych, trud­

no palnych lub samogasnących produktów, wytwarza­

nych z EPDM lub VAE/EVA bez użycia freonów i halogenowych antypirenów, sieciowanych za pom ocą nadtlenków lub efektywnych zespołów sieciujących.

Obiecującymi są także elastyczne m ateriały porowate wytwarzane z usieciowanego PE, uniepalnionego np.

za pom ocą uw odnionych tlenków glinu lub magnezu.

Obserwowane ostatnio zwiększone zastosowanie ela­

stomerów term oplastycznych (TPE), w tym w ytw a­

rzanych m etodą dynamicznej wulkanizacji mieszanin elastomer-plastomer, oraz częste zastępowanie przez TPE klasycznych w ulkanizatów [21] pozwala przy­

puszczać, że w najbliższym czasie m ogą się pojawić na rynku porowate m ateriały term oizolacyjne w ytw a­

rzane właśnie z niektórych odm ian TPR, zwłaszcza z TPE o górnej granicy stosowania podwyższonej do ponad 400 K.

Literatura

1. Sirdeshpande G., Khanpara J. C.: Rubber Chem.

Technol. 1993, 66. 476

2. SkochdopoleR. E.: Chem. Eng. Próg. 1961, 57(10).

55

3. Harding R. H.: Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev.

1964,1 117

4. Rowland D. G.: Rubber Chem. Technol. 1993, 6A 463

5. Reitz D., Glicksman L. R., Shuetz M. A.: J. Celi.

Piast. 1984, 2H 104

6. Kerner H.: Proc. Phys. Soc. 1956, B69. 802 7. Baxter S., Jones T. I : Piast. Polym. 1972, 40. (4),

69

8. Ball G. W, HurdR., Walker M. G.: J. Celi. Piast.

1970, £ 66

9. Cunningham A., Sparrow D. J J . Celi. Piast.

1986,5+327

10. Williams R. J. J., Aldo C. M.: Polym. Eng. Sci.

1983, IX 293

11. Eastern Polymer Industry Co., Ltd.: „SelectedIn­

sulation Materials fo r Use in Standard Buildings ”,

„Aeroflex- The Ideal Thermal Insulation forHVAC

&R”, „Advantage in Using Aeroflex”, 1993 -1994 12. PPU „MAT”: „Materiały informacyjne”, Łódź

1995

13. Katalog Targowy „Twój Dom”, Agencja Rekla­

mowa „KAMA”, Warszawa 1995/.96, s. 13-18 14. SikoraR.: „Przetwórstwo tworzyw wielkocząstecz­

kowych ”, Wydawnictwo Edukacyjne Zofii Dobkow­

skiej, Warszawa 1993

15. Armstrong Cork International GmbH: „Armaflex - die flexible Isolierung”, Dusseldorf 1976, 1985 16. Stomil-SanokSA: „Elastyczne otuliny termoizola­

cyjne SANFLEX”, Sanok 1994/95

17. Kirschbaum G.: Kunststoffe, 1989, Z £ 1205 18. Bayer AG: „Levapren - Basispolymer fur halo-

genfreie Kabel und Leitungen mit gutem Brand- schutzverhalten ”, Leverkusen 1985, 1997

19. Materiały Konferencji: „Metody badań palności polimerów i materiałów włókienniczych”, Lodź

1995

20. Meisenheimer H.: Kautschuk u. Gummi Kunstst.

1995, 4R, 281

21. Grabner F. W, Albers G., HanischD. D., Vortkort J.: Kautschuk u. Gummi Kunstst. 1998, 5E 274