На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Определение главных закономерностей образования пенополимерминеральной (ППМ) изоляции
Умеркин Г.Х., д.т.н., Семенова Е.С.
Мишин М. Е., НПП «Пенополимер».
При получении интегральной структуры ППМ изоляции
необходимо за один технологический цикл, в пределах размера 1-го изделия сформировать
пористую сердцевину изделия, не отличающуюся от обыденного пенопласта и
уплотненную структуру в краевых зонах изделия [1].
При всем этом уплотненная структура (корка) не обязана
содержать трещин, изломов и остальных поверхностных дефектов. Сразу обязана
быть решена задачка постепенного перехода одной структуры в другую.
При решении этих задач следует учесть огромное число
технологических характеристик, определяющих структуру и характеристики данного материала,
градиенты температуры и давления, скорость испарения газообразователя, вязкость
раствора, растворимость газов и т.п.
Высочайшая теплопроводимость материала стен формы
уменьшает количество тепла, нужного для вспенивания полимера и разложения
его поблизости стен формы.
Вследствие температурного градиента меж внешним и
внутренними слоями пеноматериала, выделение газовой фазы поблизости поверхности
формы задерживается и краевая зона появляется в итоге утраты тепла в
реагирующей массе, смежной со стенами формы.
Подобные разъяснения, учитывающие нарушения только
теплового баланса процесса вспенивания не являются исчерпающими. Хотя эти
эффекты вправду имеют место, они приводят к возникновению наиболее уплотненного
слоя ячеек, "технологической" пленки, а не корки, имеющей
регулируемую толщину и высшую плотность.
Поблизости наиболее прохладной внешной поверхности формы
вязкость композиции постоянно выше, чем в центре. В итоге при пришествии
момента вспенивания газовые пузырьки мигрируют в центр композиции, где вязкость
и сопротивление среды меньше.
1) ячеистая структура сердцевины – как действенный
теплоизолятор "аккумулирует" тепло, содействуя скорому вспениванию
центральной части изделия;
2) в итоге увеличения давления, при стесненном
вспенивании увеличивается температура кипения вспенивающего агента у стен формы
и соответственно понижается кратность вспенивания внешних частей изделия.
Нужно малое количество воды, т.к.
выделяющийся углекислый газ препятствует образованию монолитной зоны у
поверхности формы. Значимого увеличения плотности краевой зоны можно добиться
при понижении количества воды в ППМ изоляции. В отсутствие воды связь краевой
зоны и вспененной части неудовлетворительна. Изделия имеют огромную усадку.
Для исследования влияния разных технологических
факторов на процесс образования поверхностного слоя была применена
металлическая форма прямоугольного сечения 70х70х210 мм, температуру которой
варьировали в пределах 23-79
С. В этом спектре при постоянной
концентрации вспенивающего агента плотность сердцевины эталона изменялась в пределах
95-318 кг/м
. Было установлено, что толщина поверхностной корки
возрастает линейно при уменьшении температуры формы от 80
С
(рис. 1).
Таковым образом, уменьшение температуры формы на 30
С
приводило к практически двукратному повышению толщины корки.
Наиболее низкая температура формы понижает равновесное
давление паров в пограничном слое и соответственно увеличивает его толщину. Не считая
того, в данном случае замедляется скорость реакций отверждения и полимеризации,
что также наращивает толщину корки.
Набросок 1.
Зависимость толщины поверхностной корки ППМ изоляции от температуры формы.
Набросок 2.
Зависимость толщины поверхностной корки ППМ изоляции от температуры формы и
объемной массы изделия.
При постоянной температуре формы решающее влияние на
толщину поверхностного слоя имеет большая масса вспененной части, при этом надлежащие
зависимости имеют нелинейный нрав (рис. 2).
При увеличении плотности изделия возрастает
количество выделяющегося тепла и средняя температура ППМ изоляции. Это приводит
к повышению равновесного давления паров вспенивающего агента и, следовательно,
к понижению толщины корки. Сразу идет и иной процесс – с ростом толщины
корки растет давление в системе, что способствует  конденсации
вспенивающего агента.
Крайнее действие наиболее сильно, т.к. с ростом
объемной массы изделия наблюдается линейное повышение толщины корки.
При увеличении массы композиции растет усредненная
объемная масса изделия, что приводит к увеличению температуры отверждения в
форме. Это наращивает равновесное давление и скорость отверждения, что
ухудшает условия формования поверхностной корки. Но, это влияние не
является доминирующим, т.к. с ростом большой массы изделия давление
вспенивания в форме растет и содействует конденсации вспенивающего агента,
т.е. приводит к обратному эффекту, наблюдаемому при повышении температуры.
Аналогичным – двойственным является влияние
концентрации газообразователя на толщину корки, соответственно толщина корки
уменьшается с увеличением температуры формы. Рост толщины корки наблюдается и
при увеличении теплопроводимости формы, чем выше теплопроводимость, тем
благоприятнее условия образования поверхностного слоя.
Технологические характеристики процесса соединены и со
структурой вспененной сердцевины изделия. Плотность данной структуры задается
концентрацией газообразователя, температурой композиции, температурой стен
формы, длиной пути течения композиции, скоростью загрузки композиции, шириной
изделия и шириной поверхности корки.
Процессы формирования каждой из структур ППМ тесновато
взаимосвязаны, к примеру, изменение толщины либо плотности корки либо переходного
слоя безизбежно приводит к изменению структуры сердцевины.
Практический опыт указывает, что повышение толщины
поверхностной корки изделия легче всего добиться понижением температуры формования.
Однако, при уменьшении температуры формования растет длительность
изготовления изделия.
Длительность формования изделий определяется
составом композиции (реактивностью компонентов), размером и формой изделий.
Основной составляющей времени формования является
время выдержки в форме, отсчитываемое от момента загрузки композиции. Самое
сильное влияние на этот параметр оказывает толщина изделия, потом – температура
формы и концентрация газообразователя и незначимое – плотность изделий. При
увеличении толщины изделия ухудшаются условия отвода тепла из формы. Для
сокращения продолжительности формования следует интенсивно охлаждать форму.
Абсолютное значение температуры, достигаемое при
экзотермической реакции отверждения ППМ изоляции, не зависит от количества вспениваемой
массы. Но, количество теплоты конкретно соединено с массой и плотностью
изделия. Отсюда и наблюдаемый в технологии ППМ масштабный эффект – при переходе
от малых изделий к огромным толщина корки миниатюризируется за счет аккумулирования в
форме большего количества тепла и роста длительности пребывания
композиции при данной температуре. Это подтверждает положение о влиянии
температуры на толщину корки.
Как уже говорилось, для получения высококачественной
поверхностной корки температура формы обязана быть ниже температуры в центре изделия.
Но при очень низкой температуре формования время от времени изделие нельзя отформовать,
т.к. реакция отверждения в пристенной зоне угнетается и материал прилипает к
стенке. Следовательно, время отверждения в пристенной зоне описывает
возможность получения высококачественной интегральной структуры.
В безупречном случае изделие следует извлекать из формы,
когда реакция отверждения в пристенной зоне завершена, и давление в центральной
зоне снижено до атмосферного.
В настоящих критериях приходится выбирать наилучшее
время формования, чтоб с одной стороны оно было наибольшим, а с иной не
ухудшало характеристики изделия.
Как показано ранее, при исследовании влияния
компонентов рецептуры на образование интегральной структуры ППМ изоляции и ее
свойства установлена ведущая роль причин, вызывающих изменение давления при
формировании, количества и природы вспенивающих агентов, хим активности
компонентов композиции, количества дозируемой в форму композиции.
Так, повышение хим активности за счет
количества либо вида катализатора, либо остальных компонентов композиции приводит к
изменению скорости вспенивания, повышению абсолютных значений температуры и
давления в системе. Твердость поверхностной корки возрастает с ростом
скорости вспенивания.
Повышение количества вспенивающего агента в
композиции наращивает плотность и твердость корки до определенного предела,
выше которого появляются на поверхности недостатки, а толщина возрастает некординально.
Наличие лишней воды в композиции негативно
влияет на качество корковых слоев.
С повышением степени наполнения формы значительно
увеличивается величина давления в системе, что в свою очередь, влияет на плотность,
твердость и толщину поверхностной корки. Больший перепад плотности от
сердцевины к корке наблюдается в пределах 400-600 кг/м
.
В итоге проведенной экспериментальной работы
установлено, что изменение плотности ППМ изоляции по толщине формуемого эталона
обеспечивается наличием градиента температур и давления в форме.
Таковым образом, процесс получения ППМ изоляции с
плотной поверхностной коркой определяется в основном совокупой причин,
характеризующих физическое состояние системы. Корка, как составляющая
интегральной структуры возникает конкретно из-за различий технологических характеристик
(температура, давление, вязкость, концентрация и т.д.) процесса вспенивания
внутри и на периферии пеноблока.
В пределах данной "физической концепции",
которой мы придерживаемся, есть две гипотезы, дополняющие друг дружку.
1-ая разъясняет образование корки под давлением
процесса вспенивания в пристенных зонах формы.
Во 2-ой вспенивание идет во всем объеме формы, а
корка появляется при нарушении ячеек в пристенной зоне. По-видимому, так формируются
две "подструктуры" на границе корки и переходной зоны и на границе со
стенками формы.
Литература.
1. Умеркин Г.Х. Исследования по созданию надежной
конструкции теплопроводов.
М.: Энергия, 2003, 98стр
Информационная
система по теплоснабжению – РосТепло.
,
.
.
ru