Состав, свойства и преимущества пенополиуретана

Особенности материала

Пенополиуретан (сокращенно – ППУ) – это вспененный полиуретан. Полиуретан, в свою очередь, представляет собой разновидность пластмассы, которую получают из других химических соединений. Как правило, их получают из других полимерных веществ, которые изготовлены из бензиновых фракций нефти (например, толуола). В отдельных случаях для производства используют масла растительного происхождения (соевое, рапсовое, подсолнечное, конопляное). Это более экологичный, но более дорогостоящий метод.

Процесс производства пенополиуретана заключается в наполнении газом обычного полиуретана, пока он еще не затвердел. В результате этой процедуры доля газообразных веществ в смеси достигает 80 – 90%. Благодаря этому материал приобретает совершенно другие свойства, которые нехарактерны для обычного полиуретана. К ним можно отнести следующие.

  • Мягкость. Поскольку материал имеет пористую структуру, он относительно мягкий. Это позволяет использовать его в качестве набивки для мягкой мебели, игрушек, сидений автомобиля.
  • Теплоизоляция. Если в качестве газа-наполнителя использовать воздух, можно добиться того, что материал будет хорошо удерживать тепло. Это обусловило его широкое использование в строительстве в качестве теплоизолятора. Некоторые марки материала применяют даже в холодильном оборудовании.
  • Звукоизоляция. Благодаря пористой структуре пенополиуретан плохо проводит звуковые волны. Они задерживаются в микроскопических пузырьках воздуха, а затем ослабевают при прохождении перегородок между ними. Благодаря этому материал нашел широкое применение как звукоизолятор. Его используют в жилых домах, на производстве, в студиях звукозаписи.
  • Легкая промышленность. Твердые пенополиуретаны обладают высокой степенью прочности и малым весом. Из-за этого их широко используют в легкой промышленности. Так, из них изготавливают манекены, супинаторы для обуви с жесткой подошвой, пластмассовые игрушки.

stroitel-s-ppu-600x353.jpg

Выделяют несколько разновидностей пенополиуретана, каждая из которых обозначается уникальным буквенным сочетанием.

  • ST. Расшифровка аббревиатуры – стандартный. Обладает средней мягкостью. Таким буквосочетанием маркируют поролон.
  • HL. Так маркируют жесткий материал. Обладает повышенной жесткостью по сравнению со стандартным.
  • EL. Состав повышенной эластичности.
  • HS. Мягкий. Обладает повышенной мягкостью по сравнению с другими марками.
  • HR. Высокоэластичный. Обладает высокой мягкостью и растяжимостью, однако при этом сохраняет степень прочности, близкую к жесткому.
  • LR. Мягкий состав, который обладает так называемым «эффектом памяти» и долго сохраняет деформацию после физической нагрузки. Способен равномерно распределять нагрузку.
  • RTC. Сетчатый, или ретикулированный. Отличительная особенность – разрушение части стенок пузырьков с газом.
  • Повторного вспенивания. Изготавливается из переработанных пенополиуретановых отходов. Может принадлежать к одной из названных выше марок. Обладает несколько худшими качествами.

Следует отметить, что буквосочетаниями марки чаще всего не ограничивают. Обычно к ним добавляют несколько цифр, которые делят продукцию на несколько подгрупп в рамках одной большой группы (например, ST 2535).

Пенополиуретан могут выпускать в различных формах, которые зависят от марки материала. Наиболее распространены следующие:

  • листовой;
  • рулонный;
  • блочный;
  • акустический.

пенополиуретан

Химическое строение и особенности

Для прохождения реакции присоединения и образования цепочек полимера необходимо наличие как минимум двух различных компонентов: полиола и полиизоционата. Сама же реакция проходит в несколько этапов. Вначале из диола и диизоцианата формируются бифункциональные молекулы изоцианата имеющие группу (—N═C═O) и гидроксильные группы (—ОН). В результате прохождения цепной реакции, на обоих концах молекулярных групп образуются короткие цепочки структурно идентичных и однородных полимеров, которые могут быть полимеризованы с другими мономерами.

реакция присоединения полиолов

В реакционную смесь добавляют незначительное количество воды, и в результате прохождения реакции с частью изоцианатных групп образуется углекислый газ, который и является основным фактором вспенивания. В то же время, первичная аминогруппа вступает в реакцию с изоцианатом, замещая мочевину, тем самым достигается устойчивость цепи.

Реакция полиизоцианатов с водой

В зависимости от длины цепи газонаполненных микрогранул различаются и механические свойства полиуретана. Так, типичная плотность составляет от 5 до 40 кг/м³ для мягких пеноблоков, которые повсеместно используются в качестве различного вида наполнителей мебели и др. Жёсткие пенополиуретаны, плотностью от 30 до 86 кг/м³, нашли широкое применение в строительстве в качестве теплоизоляционного и шумоизоляционного материала. Кроме того, пенополиуретан плотностью от 70 кг/м³, благодаря плотной структуре, не пропускает влагу и может быть использован в качестве прекрасной гидроизоляции.

Технические характеристики пенополиуретана

Для стандартной теплоизоляционной ППУ-панели средней плотности свойственны следующие характеристики:

Характеристика, единица измерения

Значение

Комментарий

Прочность на сжатие с деформацией до 10%, МПа

0,46

Отличный показатель, для сравнения у пенобетона коэффициент равен 0,4-1,2, у пенополистирола (ППС) 0,06, у минваты 0,002 МПа.

Объемный вес (плотность), кг/м3

45-60

Сверхлегкий материал, у минваты плотность равна  150-250, у пенобетона 250-400  кг/м3.

Усадка, мм/м

Усадка застывшей пены не обнаружена.

Теплопроводность, Вт/м*К

0,021

Минимальная, ниже чем у аналогов: ППС – 0,035-0,042, минвата – 0,035-0,6, пенобетон – 0,08-0,13  Вт/м*К.

Морозостойкость, циклов

1000

Очень высокий показатель.

Водопоглощение, %

2

Отличное значение среди аналогов: пенобетон 15-20%, ППС 0,5-1,5%.

Паропроницаемость, мг/м*ч*Па

0,001

Практически абсолютная пароизоляция. У ППС показатель 0,002-0,005, у минваты 0,29, у пенобетона 0,23.

Огнестойкость

Г3

Трудновоспламеняемое самозатухающее вещество.

Стоимость руб./м2

300-1800

Цена на ППУ-панели зависит от толщины и защитных слоев (бумага, фольга, оцинкованная сталь и проч.)

Звукоизоляция

Высокая

Аналогична ППС, превосходит пенобетон и минвату.

Токсичность (экологичность)

Нетоксичен

Не выделяет вредных соединений, пыли, не имеет запаха. Применяется в пищевых холодильниках.

Срок службы, лет

50

Один из самых долговечных видов теплоизоляции.

Виды ППУ

Рассмотрим более подробно виды пенополиуретана, которые были перечислены ранее, а также некоторые другие.

Жесткий

zhestkij-600x266.jpg

Жесткий ППУ (HL) обладает следующими техническими характеристиками:

  • 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.

Основная область применения – изготовление мягкой мебели, автомобильных сидений, игрушек.

К достоинствам можно отнести:

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

Главный недостаток – низкая эластичность и малая способность к растяжению.

Ретикулированный

retikulirovannyj-600x451.jpg

Ретикулированный, или сетчатый ППУ, имеет 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.

Материал имеет все преимущества жесткого ППУ, однако гораздо лучше растягивается. Это делает его более устойчивым к неблагоприятным механическим воздействиям.

К недостаткам можно отнести более высокую по сравнению с другими разновидностями теплопроводность.

Читайте также:  Что получит заказчик по результатам инженерных исследований

Из-за особенностей структуры ретикулированный ППУ чаще всего применяют при изготовлении бытовых и промышленных фильтрационных устройств.

Эластичный

Эластичный ППУ (индекс EL) имеет следующие характеристики:

  • 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.

Главное достоинство ППУ марки EL – очень высокая степень растяжимости. При применении к материалу физической нагрузки он способен растянутся еще на половину от своего первоначального размера, не разрываясь при этом. У EL очень хорошая теплопроводность, что позволяет использовать его в качестве теплоизолятора.

Область применения EL – очень широкая. Но в первую очередь это тепло- и звукоизоляция, и изготовление мебели.

Вспененный

Вторично-вспененный ППУ обладает следующими техническими характеристиками:

  • 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.

Главное достоинство материала – его невысокая цена. Она обусловлена тем, что производят вторично вспененный ППУ из пенополиуретана, который уже был в эксплуатации или является отходами производства.

Недостатков у материала немало. К ним можно отнести следующие:

  • слишком высокие жесткость и плотность;
  • низкая способность к растяжению;
  • высокая теплопроводность (пор сравнению с другими разновидностями ППУ).

Вторично вспененный материал используют:

  • для изготовления спортивного инвентаря (в первую очередь матов);
  • для теплоизоляции;
  • для упаковки хрупких изделий;
  • в качестве набивки мягкой мебели.

Интегральный

Интегральный ППУ – это пенополиуретан, который сочетает в себе свойства сразу двух марок материала. Он может представлять собой жесткий ППУ, в который вмонтирован блок мягкого.

Материал обладает следующими техническими характеристиками:

  • жесткость не меньше 100 и не больше 500 кг/куб.м.;
  • плотность от 4,5 до 8 кПа;
  • эластичность по откосу – 30 – 40%;
  • способность к растяжению без разрыва – до 110% от первоначального размера;
  • теплопроводность – до 0,045 Вт/м*с.

Главные недостатки интегрального ППУ – относительно малая эластичность и высокая (по сравнению с другими видами ППУ) теплопроводность.

Однако его плюсы вытекают напрямую из минусов. По причине относительно высоких жесткости и плотности, обеспечивающих низкую степень эластичности, материал хорошо поглощает вибрацию.

Интегральный пенополиуретан используют:

  • для изготовления автомобильных и иных вибропоглотителей;
  • при производстве промышленных и бытовых фильтров;
  • в качестве набивки мебели, мягких игрушек, автомобильных кресел.

матрац пенополиуретан

Примечания

  1. Саундерс Д., Фриш К. Химия полиуретанов: Пер. с англ. М.: Химия, 1968;
  2. Любартович С. А., Морозов Ю. Л., Третьяков О. Б. Реакционное формование пенополиуретанов. М.: Химия, 1990. 288 с;

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий