Пенополиизоцианурат (PIR) это термореактивная пена с закрытыми порами, образующаяся в результате экзотермической реакции между полиизоцианатами и полиолами. Его уникальная молекулярная структура, характеризующаяся высокой концентрацией термически стабильных изоциануратных колец, обеспечивает ему превосходные теплоизоляционные свойства и огнестойкость по сравнению со стандартными полиуретановыми пенопластами (PUR). Разработанный в 1960-х годах, пенополиуретан PIR стал важнейшим материалом в строительстве, транспортировке СПГ, аэрокосмической и промышленной изоляции благодаря своей способности работать между -196°C и +150°C при сохранении структурной целостности.
Основные свойства и показатели производительности
Молекулярная архитектура пены PIR обеспечивает сочетание физических и тепловых свойств, несравнимых с обычными жесткими пенами.
Тепловые характеристики
Низкая теплопроводность: Свежие образцы пенополиуретана PIR демонстрируют низкие значения теплопроводности. 0,019 Вт/(м-К), которая остается стабильной с течением времени (состаренные образцы: ≤0,0218 Вт/(м-К)). Это превосходит показатели пенополиуретана и минеральной ваты.
Высокое значение R-Value: R-value (тепловое сопротивление на дюйм) PIR обычно колеблется между R-6.0 и R-7.0что делает его одним из самых эффективных изоляционных материалов.
Широкая температура эксплуатации: PIR сохраняет свои свойства при экстремальных температурах, от криогенные условия (-196°C) в хранилищах СПГ до +150°C в кровельных работах .
Механическая прочность
Сопротивление сжатию: При температуре окружающей среды пенополиуретан PIR выдерживает прочность на сжатие ≥200 кПа при деформации 10%. После погружения в жидкий азот (-196°C) на 8 часов этот показатель увеличивается до ≥280 кПа, что доказывает его надежность в криогенных средах.
Устойчивость размеров: Линейное тепловое расширение минимально (≤70×10-⁶ м/м-К), что предотвращает деформацию или усадку при перепадах температур.
Огнестойкость и безопасность
Распространение пламени: PIR достигает максимальной скорости распространения пламени <25, встреча с Степень огнестойкости B1 (согласно стандарту GB8264) и уменьшает образование дыма.
Кислородный индекс: Благодаря кислородному индексу ≥26, PIR самозатухает при устранении источника воспламенения.
Низкая токсичность: В отличие от ранних полиуретановых пенопластов, современные составы PIR минимизируют количество токсичных побочных продуктов, таких как ароматические амины, благодаря оптимизированному отверждению.
Экологическая долговечность
Водонепроницаемость: Водопоглощение ограничено на уровне ≤5%А его закрытая ячеистая структура ограничивает паропроницаемость (≤0,8 г/м²).
Химическая стабильность: Устойчив к коррозии, плесени и растворителям благодаря своей инертной полимерной матрице.
Производственный процесс: Химия и производство
Сырьевые материалы
Изоцианаты: Метилен дифенил диизоцианат (MDI) является основным компонентом благодаря своей реакционной способности и термической стабильности.
Полиолы: В качестве сореактивов выступают полиолы на нефтяной основе (OH-число >200) или альтернативы на биологической основе (например, полиолы, полученные из рапсового масла).
Катализаторы: Ацетат калия или четвертичные аммониевые соли приводят в движение реакция тримеризации изоциануратаобразуя прочные кольцевые структуры.
Продувочные агенты: Вода реагирует с изоцианатами, образуя CO₂, хотя все чаще используются гидрофторолефины (ГФО) с низким ПГП.
Механизм реакции
Синтез ПИР зависит от реакция тримеризациигде три изоцианатные группы (NCO) циклизуются в изоциануратные кольца. При оптимизации катализаторов эта реакция доминирует над образованием уретана (конверсия >70%). Полученная структура содержит уретановые, мочевинные, биуретовые и изоциануратные связи.
Методы производства
Непрерывное ламинирование: Для изоляционные плитыХимикаты смешиваются, наносятся на фасеры (например, алюминиевую фольгу) и отверждаются в двухконвейерной печи. Датчики температуры контролируют подъем пены (140-160°C) для обеспечения качества.
Пенообразование распылением/наливом: Для применения на объекте (например, на крыше или в резервуарах для сжиженного природного газа) двухкомпонентная система распыления обеспечивает пену, которая расширяется и застывает в течение нескольких секунд. В составах, разработанных NASA для баков космических челноков, используется пена для склеивания с алюминием при криогенных температурах.
Серийное производство: Нестандартные формы создаются путем заливки пены в формы с последующим отверждением в печи.
Экологически чистые инновации
Биополиолы: Полиолы на основе рапсового масла, синтезированные путем эпоксидирования или переэтерификации, снижают зависимость от ископаемого топлива.
Огнезащитные модификаторы: Расширяющийся графит (3-9 масс.%) повышает огнестойкость без галогенизированных добавок.
Применение в различных отраслях промышленности
Здание и строительство
Плиты PIR доминируют в изоляции плоских кровель и стен благодаря высокому значению R-value и пожаробезопасности. Толщина плит вырезается с ЧПУ для обеспечения точности, что сводит к минимуму образование тепловых мостиков.
Промышленная криогенная изоляция
Трубопроводы и резервуары для хранения сжиженного природного газа (СПГ) (-196°C) используют PIR благодаря его термостойкости и прочности на сжатие при воздействии жидкого азота.
Аэрокосмическая промышленность и специализированное использование
Внешние баки космических шаттлов НАСА Пенополиуретан PIR в качестве тепловой защиты. Новые составы улучшают адгезию к алюминию и криогенные характеристики.
Полиизоцианурат против пенополиуретана: Критические различия
Несмотря на то, что оба вида изоляции относятся к напыляемым или плитам, молекулярная структура PIR имеет свои преимущества:
Таблица: Сравнение производительности PIR и PUR
| Недвижимость | Пенополиуретан | Пенополиуретан |
|---|---|---|
| Теплопроводность | 0,019-0,022 Вт/(м-К) | 0,022-0,025 Вт/(м-К) |
| Температура обслуживания | от -196°C до +150°C | от -50°C до +120°C |
| Прочность на сжатие | ≥200-280 кПа | 100-150 кПа |
| Огнестойкость | Рейтинг B1, кислородный индекс ≥26 | Рейтинг B2, кислородный индекс ~22 |
| Типичная стоимость | 10-15% выше | Более низкая базовая стоимость |
Таблица: Технические характеристики пенополиуретана PIR (согласно промышленным стандартам)
| Параметр | Единица | Значение |
|---|---|---|
| Плотность | кг/м³ | ≥35 |
| Теплопроводность | Вт/(м-К) | ≤0,019 (свежий) |
| Прочность на сжатие | кПа | ≥200 (окружающая среда) |
| Кислородный индекс | - | ≥26 |
| Поглощение воды | % | ≤5 |
| Содержание хлоридов | ppm | ≤60 |
Пенополиизоцианурат устанавливает стандарты для жесткой термореактивной изоляции благодаря сочетанию Ультранизкая теплопроводность, исключительная огнестойкость, и механическая прочность. Инновации в области сырья на биооснове и пенообразователей с низким содержанием ПГП повышают его экологичность, а производственные достижения обеспечивают точность при использовании в самых ответственных областях - от инфраструктуры СПГ до аэрокосмической отрасли. Хотя он дороже полиуретана, его эффективность и безопасность на протяжении всего жизненного цикла оправдывают вложения в критически важное терморегулирование.
