
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