ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ – ЭФФЕКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ ОТ «ПЕТЕРПАЙП»

Существование на рынке разнообразия марок пенополиуретановых систем, предназначенных для теплоизоляции стальных труб и фасонных изделий, перед потребителем ставит ряд вопросов для оценки их качества: наличие аттестованной испытательной лаборатории, условие для проведения длительных стендовых испытаний готовой продукции.
ЗАО «ПЕТЕРПАЙП» предлагает эффективную методику экспресс­оценки качества ППУ­систем. Для тестирования была использована продукция пяти известных производителей.
Образцы ППУ получили путем вспенивания в свободном объеме без применения заливочных установок. Смесь компонентов различных марок ППУ­систем (полиол и изоционат) с общей одинаковой массой взвешивали в стакане объемом 550­600 см3, строго соблюдая их стехиометрические соотношения, рекомендуемые заводами­изготовителями. После перемешивания (скорость 3000­3500 об/мин) каждый стакан устанавливали на весах и наблюдали за процессом свободного вспенивания, начальный объем которых увеличивался синхронно с потерей массы до стабильного состояния после затвердевания.
Кратность увеличения объема ППУ (параметр К) характеризует ППУ­системы с точки зрения соблюдения в них степени пропорциональности функциональных групп двух компоненов (полиола и изоцианата). При правильном подборе количественных соотношений функциональных групп К будет зависеть лишь от содержания в них катализатора и воды. При неправильном подборе процесс превращения изоцианата в полиуретан может идти неполноценно, что повлияет на общую массу газообразования. При этом с уменьшением К уменьшаются потери массы исходных ППУ­систем (табл.), а с ростом К уменьшаются значения плотности.
Заметим, что некоторые разработчики ППУ­системы не учитывали взаимосвязь между вводимыми в полиол ингредиентами и эксплуатационными характеристиками конечной продукции. Важно знать, какие изменения происходят с ППУ в процессе термостарения, влияющего на физико­механические свойства.
При свободном вспенивании максимальные потери (Δm) не превышают 4%(фото). В замкнутом объеме в такой последовательности они могут достигать от 6,0 до 8,5%. Зная потери в различных системах, можно оценить преимущества и недостатки конкретной продукции с точки зрения экономической целесообразности.
Результаты, полученные при пенообразовании в стаканах по кратности увеличения объема ППУ­систем (фото), имеют прямое практическое значение. Величина К в первую очередь связана с заполняемостью ППУ пространства конструкций: чем больше К, тем меньше расходуется ППУ для равномерного заполнения объема конструкции. Чем больше начальные потери массы в процессе пенообразования, тем меньше в дальнейшем при эксплуатации трассы ППУ подвергается деформации, что значительно сокращает процесс уплотнения ППУ. При малых К для заполнения объема конструкций с заданной плотностью необходимо введение дополнительного количества ППУ, в противном случае, при эксплуатации повышение температуры приведет к уплотнению изоляции, ее отрыву от поверхности оболочки и стальной трубы.
Известно, что теплостойкость и жесткость ППУ­системы обеспечивает изоцианатная составляющая; увеличение ее доли в единице объема повышает теплостойкость. В табл. приведены соотношения полиол­изоцианат в различных ППУ­системах. Видно, что с ростом количества изоцианата от 60,0% (ООО «Хантсман») до 64,3% (ООО «БелИНЭКО», ООО «Дау Изолан») потеря массы после термостарения уменьшается от 5,8 до 3,4%. Это заметно влияет на прочностные характеристики. В табл. приведены значения прочности при сжатии (σсж) как исходных ППУ­систем после свободного вспенивания, так и ППУ, взятых из теплоизолированных стальных труб Ø57/125 мм с расчетной плотностью 80 кг/м3.
Для экспресс­оценки возьмем образцы, полученные после вспенивания в стакане. Образцы ППУ различных производителей с практически одинаковой плотностью и близкой структурой лучше характеризуют теплопроводность-λ (диаграмма 1), чем образцы, полученные в замкнутом объеме в изделиях или в специальных формах с плотностью в пределах 60­80 кг/м3 и размерами 250х250х(2,5­3,0) мм.
Казалось бы, водные ППУ­системы, полученные при одинаковой температуре и постоянстве исходных масс (смеси компонентов полиол и изоцианат) должны иметь практически одинаковую теплопроводность. Однако уже на стадии изготовления отличия в потерях масс между ППУ­системами заметно влияют на величину теплопроводности (диаграмма 1).
Важно найти «золотую середину» – чтобы теплопроводность была низкой (минимальная λ находится при плотности ППУ 45­55 кг/м3)и физико­механические свойства, удовлетворяли требуемым нормам при длительных ускоренных испытаниях. Это достигается при плотности 80­85 кг/м3.При такой плотности теплопроводность ППУ­системы находится в пределах 0,030­0,033 Вт/м°С.
По требованию ГОСТ­30732, λ может иметь значение 0,033 Вт/м°С при плотности ППУ не менее 60 кг/м3. Однако при такой плотности ни один показатель, кроме объемного водопоглощения и прочности при сжатии не соответствует требуемым нормам. На диаграмме 2 (заштрихованная область) ППУ с плотностью 60­65 кг/м3 не соответствует требованиям ГОСТ­30732 по прочности при сдвиге в осевом направлении (σсдв.). Пунктирами выделен уровень требования ГОСТа – 0,12 МПа. На затемненной области использованы дополнительные технологические приемы, повышающие σсдв. (увеличение плотности ППУ до 80 кг/м3, обработка наружной поверхности стальных труб преобразователем ржавчины и обезжиривание внутренней поверхности ПЭ­оболочек). Далее, выше затемненной области (область специальных добавок) показана на примере ППУ­системы ООО «БелИНЭКО», где предварительно введенная в полиол 0,5% специальная адгезионная добавка повышает сцепление ППУ с ПЭ­оболочкой и стальной трубой более 25%.

Полученные результаты позволяют выделить три основных фактора, определяющие выбор оптимальной системы:
– значение кратности увеличения начального объема в процессе пенообразования с последующей потерей массы;
– стабильность физико­механических свойств в процессе старения, напрямую влияющих на долговечность;
– стоимость продукции с заданной плотностью, для достижения требуемой долговечности.
Анализ этих факторов с учетом соотношения «цена­качество» при выборе более выгодной ППУ­системы позволяет установить ряд: ООО «БелИНЭКО» > ЗАО «Байер» > ООО «Дау Изолан» > ЗАО «Хантсман» > ООО «Эластокам». Возможно этот ряд подвергнется незначительным изменениям в зависимости от оснащенности лабораторной базы и уровня профессиональных кадров у потребителя, но описанный метод способен помочь в выборе оптимальной ППУ­системы, отвечающей необходимым требованиям ГОСТ 30732.

А.А. Игнатов, В.Т. Ширинян,
Н.Н. Якубович

СПб, Октябрьская наб., 106 к.4
Тел.: (812) 645­25­31
www.peterpipe.ru