عایق های پلی یورتان

(Polyurethane – PUR)

استاندارد: ASTM C1029

 

عایق های پلی یورتان، که با اختصار PUR شناخته می شوند، از جمله عایق های سلولی بسته و صلب بوده و از جمله عایق های سرد محسوب می شود. پلی یورتان در اسلب های پیش ساخته موجود بوده و یا می­ توان در محل عایق کاری به صورت فله ای تزریق شده و یا اسپری شود. در صورتی که پلی اورتان اسپری شود (Spray applied Polyurethane Foam – SPF) نیاز به تجهیزات خاص بوده و حضور نیروی کارآزموده برای حصول بهترین نتیجه الزامی است. از SPF بیشتر در خطوط انتقال مایعات، تانک ها و مخازن، مراکز نگهداری سرد و سردخانه­ ها، خنک کننده ها و فریزرها استفاده می شود. یکی از کاربردهای اصلی پلی یورتان، عایق مورد استفاده در ساندویچ پنل ها است.

پلی یورتان، علاوه بر مصارف عایق کاری، مصارف متنوع و مختلف زیادی در صنعت دارد. مثلا از پلی یورتان در ساخت المان های ضدسایش (مثلا غلتک های ضدسایش)، ساپورت ها و المان هایی که تخت نیروهای فشاری هستند، قطعات پلاستیکی صلب، چرخ، و غیره استفاده می شود. پلی یورتان هایی در بخش های مختلف از آنها استفاده می شود، در چگالی و درصد ترکیب شیمیایی با هم متفاوت هستند. عایق های پلی یورتان(PUR) ، بسیار با عایق های پلی ایزوسیانورات (PIR) مشابهند و خواص و ترکیب شیمیایی تقریبا یکسانی دارند.

عایق های پلی یورتان، در شکل های پیش ساخته تخته ای، لوله ای و نیم لوله ای در بازار موجود هستند. همچنین پلی یورتان را می توان در محل تزریق یا اسپری کرد.

استاندارد ASTM C1029 تحت عنوان عایق حرارتی پلی اورتان سلولی اسپری شده، مباحث مربوط به انواع، خواص فیزیکی و کاربردهای این ماده به عنوان عایق حرارتی را در دامنه -30⁰C الی 107⁰C را پوشش می دهد.

همچنین، استاندارد فوق الزامات مقاومت حرارتی برای 1 اینچ، استحکام فشاری، قابلیت عبور بخار، مقدار جذب آب، استحکام کششی، پاسخ به فرسایش حرارتی و رطوبتی و مقدار سلول های بسته را مورد بحث قرار می دهد.

چگالی پلی یورتان بسیار متنوع است و بسته به نوع نیاز و کاربری محصول، تغییر می کند.

مشخصات پلی یورتان چگالی بالا (160kg/m³)

مشخصه فیزیکی	توضیح	واحد	استاندارد
ساختار	سلول بسته صلب	-	-
رنگ	زرد تیره – قهوه ای	-	-
بو	بی بو	-	ASTM E679
چگالی	160	[Kg/m3]	ASTM D 1622
انعطاف پذیری	صلب	-	-
استحکام فشاری	2.33×106	Pa – [N/m2]	ASTM C165 – C1621
محدوده دمای کاری	[-196] ̴ [+120]	[0C]	ASTM C1029
ضریب نفوذ رطوبت	1.8×10-4	Perm	ASTM E96
ضریب جذب رطوبت	1.3	% W/W	ASTM E96
ضریب انتقال حرارت در 240C	0.034	[W/m.0C]	ASTM C518 – ASTM C335
ضریب انتقال حرارت در 1000C	0.040	[W/m.0C]	ASTM C518 – ASTM C335
مقاومت در مقابل UV	خوب	-	ASTM D 1171
انتشار اشتعال سطحی	Class 2 – B2	-	ASTM E84 - BS 476 Part 7
مقاومت شیمیایی	خوب	-	-

مانند همه مواد طبیعی و صنعتی موجود، ضریب انتقال حرارت پلی یورتان نیز ثابت نبوده و با افزایش دما افزایش می یابد. لازم به ذکر است که چگالی تاثیر چندانی در افزایش ضریب انتقال حرارت ندارد.

کاربری عایق های پلی یورتان

-          عایق سرد، مناسب برای کانال های هوا و سیستم های خنک کننده

-          مناسب برای عایق کاری سیستم های کرایوجنیک

-          مناسب برای ساندویچ پنل ها

-          مناسب برای عایق کاری مخازن بزرگ و خطوط لوله بسیار حجیم

-          مناسب برای عایق کاری شکل های پیچیده و یا مکان هایی که دسترسی به آنها مشکل است

-          مناسب برای ساپورت های تحت فشار زیر لوله ها

-          قابلیت بازیافت عایق های پلی یورتان و استفاده مجدد از آنها در عایق کاری

مزایای عایق های پلی یورتان

-          ضریب انتقال حرارت بسیار پایین، مناسب برای عایق کاری حرارتی

-          بسیار مناسب برای مصارف صنعتی

-          مقاومت بالا در برابر سایش و خوردگی

-          مقاومت بالا در برابر اسیدها، حلال ها و رطوبت

-          مقاومت بالا در برابر آلودگی های میکروبی، قارچی و بیولوژیکی

-          قابلیت تغییر دانسیته از 30kg/m³ تا 700kg/m3

-          قابلیت تزریق و قالب گیری، مناسب برای عایق کاری شکل های پیچیده، حجیم یا دور از دسترس

معایب عایق های پلی یورتان

-          نیاز به ضخامت ها و قطرهای بیشتر برای عایق کاری (نسبت به عایق های سرد دیگر چون الاستومری)

-          در صورتی که نیاز به پلی یورتان تزریقی باشد، اپراتور کارآزموده و تجهیزات مخصوص الزامی است

-          اگر دمای کاری از محدوده دمای مجاز بالاتر برود، مقاومت حرارتی پلی یورتان به شدت پایین می آید

-          قابلیت شعله ور شدن دارد و در صورت آتش سوزی و شعله ور شدن، گازهای سمی تولید می کند

-          گردزا – بلوک ها و اشکال از پیش ساخته عایق های پلی یورتان، گردزا هستند و تولید غبار می کنند

تولید پلی یورتان

پلی یورتان از ترکیب شیمیایی دو کامپوننت اولیه به همراه یک عامل خارجی با دمای جوش بسیار پایین (مانند CO₂ یا پنتان) بوجود می آید. کامپوننت های اولیه در فاز مایع بوده و از مونورهایی از گروه ایزوسانات و گروه هیدروکسیل (با اتم فعال هیدروژن) یا پلی یول تشکیل شده اند. هنگامی که کاموپوننت ها با هم ترکیب می شوند، کفی را تولید می کنند که به سرعت حجیم شده و پس از مدتی سفت و صلب می گردد.

ROH + R'NCO → ROC(O)N(H)R'

دو کامپوننت اصلی مستقیما با هم واکنش شیمیایی داده و یک ماتریس پلیمری از جنس پلی یورتان تشکیل میدهند. حرارت آزاد شده از واکنش کامپوننت ها، عامل خارجی را تبخیر می کند که بخار حبس شده آن باعث می شود ماتریس پلیمری به شکل فوم درآید.

حجم فوم تولید شده و متعاقبا، چگالی فوم تولید شده، تابعی از مقدار عامل خارجی است به ترکیب اضافه می شود. ترکیب شیمیایی فوم تولیدی را نیز می توان با اضافه کردن افزودنی های دیگر تغییر داد تا به خواص مطلوب دست یافت.

پس از شکل گیری و در زمان سفت شدن، سطح فوم همچنان خاصیت چسبندگی خود را حفظ می کند. با استفاده از این خاصیت می توان پوشش های آلومینیومی یا پوشش های دیگر را به صورت دائمی به فوم چسباند. در تولید صنعتی، از کاتالیزور نیز در پروسه استفاده می شود تا واکنش را سرعت بخشد. کاتالیزورها می توانند از ترکیبات آمین یا ترکیبات فلزات آلی باشند.

در تولید صنعتی ساندویچ پنل های پلی یورتان، به صورت پیوسته کف ناشی از واکنش به روی نوارنقاله صفحات ساندویچ پنل ریخته شده و به خاطر خاصیت چسبندگی فوم گرم تازه تولید شده، صفحات کاملا به فوم پلی یورتان می چسبند. صفحات ساندویچ پنل می توانند از جنس ورق آلومینیومی، صفحات کامپوزیتی و معدنی باشند.

 

برای تولید بلوک های پلی یورتان، فوم حاصل از واکنش به درون قالب مورد نظر ریخته می شود و پس از سفت شدن، روی آن به شکل بلوک دلخواه بریده می شود.

در پلی یورتان تزریقی، کامپوننت های اولیه ماده، در دو مخزن جدا تحت دما و فشار مشخص نگهداری می شوند. هر کامپوننت از قسمت گرمادهنده مخصوص خود عبور می کند و هردو در گان به هم می رسند و شروع به واکنش می کنند. در حین واکنش، گان ترکیب شیمیایی حاصل را با فشار به درون محفظه ای که قرار است عایق شود، می پاشد.

همچنین عایق پلی یورتان را می توان در محل اسپری نمود. برای این کار، باید سطحی که پلی یورتان روی آن اسپری می شود کاملا تمیز، یکنواخت و خشک باشد. می توان پاشش را در چندین پاس انجام داد تا به ضخامت دلخواه دست یافت.

 

 (به عایق های پلی ایزوسیانورات مراجعه فرمایید)

کلمات کلیدی: پلی یورتان، پلی ایزوسیانورات، عایق حرارتی، عایق سرد، تولید پلی یورتان، کاربردهای پلی یورتان، مزایای پلی یورتان، ساختار سلولی صلب، پلی یورتان پاششی، ضریب انتقال حرارت پلی یورتان

نانو پوشش تاخیرانداز آتش برای فوم پلی یورتان

نانو پوشش های تاخیرانداز آتش ایمن تر و سبز هستند

نگرانی ها درمورد اثر تاخیراندازهای شعله فعلی مورد استفاده در صنایع مبلمان و تشک، بر روی سلامتی انسان ها موجب شده است که محققان صنعتی به تازگی برروی تولید یک تاخیرانداز آتش موثر تر با ایمنی بالاتر و دوستدار محیط زیست متمرکز شوند.

اخیرا محققان ماده تاخیر انداز آتشی با خواص دوستدار محیط زیستی توسعه دادند که مناسب برای فوم های پلی یورتان مورد استفاده در نیمکت ها و لوازم تختخواب میباشند. گزارش این محققان در مورد این بازدارنده ها به تازگی در نشریه ACS Macro Letters به چاپ رسیده است.

دکتر گرونلان  و همکارانش توضیح داده اند که مبلمان داخلی و تشک ها مواردی هستند که در ایالات متحده سالیانه حدود ۱۷۰۰۰ بار آتش می گیرند و منجر به کشتار بیش از ۸۷۰ نفر ، هزاران مجروح و میلیون ها دلار از بین رفتن اموال می شوند. از آنجا که فوم پلی یورتان مورد استفاده در این لوازم بسیار اشتعال پذیر است، سازمان های حافظ حقوق مصرف کنندگان، استانداردهای ایمنی سختگیرا نه ای را جهت کاهش اشتعال پذیری این اقلام تدوین و تصویب کرده اند. اما نگرانی ها در مورد اثرات ضد سلامتی و نگرانی های محیط زیستی در مورد برخی تاخیراندازهای آتش سنتی که تولیدکنندگان برای رسیدن به این استانداردها به محصولات خود می افزودند هنوز موجود می باشد. به همین دلیل تیم تحقیقاتی دکتر گرونلان مصمم به توسعه و تولید تاخیراندازهای آتش ایمن تر و دوستدار محیط زیست تر گرفتند.

نانو پوشش

آنها تحقیقات موفقیت آمیز و آزمون های آزمایشگاهی خوبی بر روی پوشش های تاخیر انداز آتش برای فوم پلی یورتان داشته اند. ” نانو پوشش” لایه ای بسیار نازک بوده که تقریباَ ۱۰۰۰ لایه از آن روی هم ضخامتی به اندازه ضخامت تار موی انسان دارد و از پلیمری بی خطر تولید می شود که در هنگام تماس آتش “پوشش محافظی از گاز” ایجاد می کند و مانع رسیدن اکسیژن جهت دامن زدن به آتش و گسترش شعله ها می شود. این اولین تاخیرانداز آتش است که هم گرمای آزاد شده از آتش را کم می کند و هم مانع چکه کردن فوم و گسترش شعله به بقیه اتاق و فضا می شود.

در گزارش منتشر شده توسط آن ها آمده است: “کاهش گرمای آزاد شده بسیار مهم است زیرا سرعت توسعه آتش را کم می کند که منجر می شود در صحنه آتش سوزی افراد زمان بیشتری برای فرار یا انتقال فوم به محیط خارج برای جلوگیری از صدمات بیشتر داشته باشند”.

 کاهش خطر آتش سوزی با فوم های پلی یورتان

به کمک یک پلیمر اشتعال ناپذیر که اخیراً توسط محققین امریکایی تهیه شده است، می توان در آینده از مواد تاخیرانداز شعله سمی که در اسباب و اثاثیه خانگی کاربرد دارند، دیگر استفاده نکرد.

به گزارش سایت خبری پپنا، پلی یورتان ها به طور گسترده در محصولات متنوعی از قبیل تشک، مبل که به شکل فوم های انعطاف پذیر هستند، استفاده می شود. اما این محصولات به طور طبیعی آتش گیر بوده و برای تامین ایمنی، باید تاخیردهنده های شعله را به آنها افزود. اما این افزودنی ها کاستی ها و نا مساعدی های بیشتری را می توانند ایجاد کنند.

Todd Emrick ، محقق ارشد دانشگاه ماساچوست، بیان می کند: ”ثابت شده است که برخی از افزودنی های تاخیر دهنده شعله، مخصوصاً نمونه های هالوژن دار، سمی بوده و در محیط زیست انباشته می شوند”. وی همچنین اضافه می کند: “این افزودنی ها می توانند حتی در ویژگی های فیزیکی پلی یورتان نیز تاثیرات منفی داشته باشند”.

Emrick می گوید: ”پلیمر هایی با پایه دی اکسی بنزواین (Deoxybenzoin) یافت شده اند که سرعت انتقال حرارت پایینی دارند و میزان خاکستر تشکیل شده در اثر سوختن آنها بالا می باشد. این دو ویژگی، مشخصه های اصلی مواد با توانایی آتش گیری پایین می باشند”.  تشکیل خاکستر موجب می شود تا سطح مشترک بین هوا و پلیمر عایق شده و هدایت حرارتی کاهش یابد. Emrick دو مونومر حاوی دی اکسی بنزواین را سنتز نموده و پلیمریزاسیون آنها را با دی ال های مختلف بررسی کرده و توانست پلی یورتان هایی را تهیه کند که مقاومت بیشتری در برابر آتش گیری نسبت به نمونه های معمولی دارند، بدون آنکه نیاز به اضافه کردن افزودنی های تاخیرانداز شعله و مضر محیط زیست باشد.

دکتر Emrick امیدوار است که از این ترکیب در صنایع مختلف به طور گسترده استفاده شود.

ضرورت عایق کاری پلی یورتان در جهرم

مهمترین عوامل تعیین کننده ی ویژگی مصالح ساختمانی مناسب برای مناطق گرم و خشک، حداکثر دمای روزانه هوا و دامنه نوسان آن است. مقدارپرتوی خورشید جذب شده در دیوار نیز،از عوامل مهم دیگری است که به جهت قراگیری و رنگ سطح خارجی دیوار بستگی دارد.مهمترین ویژگی مصالح ساختمانی، به مقاومت حرارتی (R) و ظرفیت حرارتی (Q) آن بستگی دارد.

مقاومت حرارتی دیوار

مقاومت حرارتی دیوار،در تعدیل انتقال حرارت ازسطح خارجی به سطح داخلی آن موثراست.البته میزان انتقال حرارت، به حداکثر دمای سطح خارجی دیوار- که خود تابع دما هوا و مقدار پرتوی خورشید جذب شده بر دیواراست بستگی دارد.ولی تاثیرافزایش این دو دما – دمای سطح و دمای هوا- یکسان نیست. چون دوره ی نوسان دمای هوا۲۴ساعت است،ولی دوام تابش آفتاب بر دیوارها بسیارکمتر است. درنتیجه،تاثیر افزایش دمای سطوح ناشی از تابش آفتاب، در شرایط حرارتی هوای داخلی ساختمان کمتر از تاثیری است که همان مقدارافزایش دمای هوای خارج در شرایط حرارتی هوای داخلی دارد.

ظرفیت حرارتی مصالح دیوارهای ساختمان، در تعدیل نوسان هوای داخلی آن – که با افزایش دمای سطوح خارجی در اثرتابش آفتاب مربوط می شود.بسیار موثراست.در نتیجه مقدار ظرفیت حرارتی مصالح دیوارها،بیشتربا افزایش دمای سطوح ناشی از تابش آفتاب و دامنه نوسان هوا ارتباط دارد تابا حداکثر دمای هوا هرچه دامنه نوسان دمتی هوا ی خارج افزایش یابد،ظرفیت حرارتی مصالح دیوارها تاثیربیشتری درتعدیلدمای هوای داخلی ساختمان خواهدداشت.

البته در تعیین مصالح ساختمانی مناسب در این مناطق باید به این نکته توجه کرد که انتخاب مصالح مناسب برای ساختمان، به اندازه ی پنجره ها و کیفیت سایبان آنها بستگی دارد.

اگر پنجره ها کوچک وسایبان آنها موثرباشد، حرارت کسب شده ساختمان معمولا نتیجه انتقال از دیوارهای آن است و در نتیجه ، مقاومت حرارتی مصالح نسبت به ظرفیت حرارتی آن در به حداقل رساندن حرارت اضافی هوای داخلی،اهمیت بیشتری می یابد.در این شرایط مصالحی ازقبیل بتن سبک باضخامتی مناسب براساس شرایط اقلیمی محل،ساده ترین و باصرفه ترین مصالح ساختمانی است.

وای اگر مساحت پنجره ها نسبتا زیادباشد یا سایبان ها بطور مناسب پنجره ها را دربرابرتابش آفتاب محافظت نکند، در این حالت، ظرفیت حرارتی نسبت به مقاومت حرارتی اهمیت بیشتری دارد.درچنین شرایطی، آجر،بتن متراکم یا خشت باضخامتی حدود۲۰ تا ۴۰سانتی مترمفید است.بنابراین نتیجه می گیریم که بهترین نوع دیواردر مناطق گرم،دیوارهای ترکیبی شامل یک لایه عایق نزدیک به سطح خارجی و یک لایه مصالح سنگین در قسمت داخلی است.

از آنجایی که جهرم جز مناطق گرم و خشک کشور عزیزمان ایران محسوب می شود، به طورخلاصه، مصالح مفیدبرای خنک نگه داشتن به صورت طبیعی عبارتند از: دیوارهای بتنی با ظرفیت زیادکه سطح خارجی آن ها به وسیله یک عایق حرارتی مانند پلی یورتان که خود بوسیله مصالح ضد رطوبت پوشانده.

ضرورت بکارگیری عایق پلی یورتان در مشهد

اقلیم سرد

ساختمان فشرده و پلان آن مربع باشد.ساختمان های دو طبقه ایی که فرم آنان شبیه به مکعب است،بهترین نوع ساختمان از نظر کنترل گرمای هوای داخلی در زمستان است.

فرم مصالح و اقلیم

سردی هوا باعث فشردگی فرم ساختمان و شدت زیاد تابش آفتاب باعث کشیدگی آن در جهت محورشرقی – غربی می شود.

پلان مربع بهترین فرم ساختمان محسوب می شود.زیرا با وجودبیشتریت حجم،کمترین سطح خارجی را داردالبته این مسئله در مورد ساختمان های قدیمی که معمولا پنجره های کوچکی داردو به همین دلیل می توان نفوذبسیارکم آفتاب درداخل آنها نادیده انگاشت،صدق می کنند.ولی در مورد ساختمان های امروزی که دارای قسمت های شیشه خوربزرگی است، این مسئله صادق نیست.

یعنی اگر مقدارحرارت انتقال یافته از اضلاع یک ساختمان با اندازه اضلاع آن رابطه معکوس داشته باشد،فرم ساختمان مطلوب خواهدبود به عبارت ساده تر،در یک فرم مطلوب،اضلاعی که بیشتر در معرض تاثیرتابش آفتاب و دمای هوا قراردارند،کوچک ترند.

ساختمان هایی که به طور کامل و با دقت عایق کاری شده اندیا ساختمان هایی که نمای جنوبی آن ها سایبان دارد، با توجه به اقلیمشان نیازبیشتری به تغییر شکل داشته است.برعکس،ساختمان های که پنجره های تقریبا کوچکی دارندیا کاملا در سایه هستند،نیاز کمتری به کشیدگی در طول محور شرقی – غربی دارند.

از آنجایی که مشهد مقدس جز مناطق سرد و خشک کشورمان محسوب می شود استفاده از عایق پلی یورتان در سقف و دیوارها و همچنین در مرغداری های ضروری می باشد..