О материалах для низкотемпературной теплоизоляции

Увеличение коэффициента теплопроводности при изменении влагосодержания в условиях положительных температур происходит по линейному закону или по закону насыщения в зависимости от природы и структуры материалов. При отрицательных же температурах увеличение с увлажнением подчиняется более сложным закономерностям. Прежде всего надо отметить, что теплопроводность теплоизоляционных материалов в условиях отрицательных температур во влажном состоянии далеко не всегда превышает их теплопроводность при положительных температурах и той же влажности. Как показали наши опыты, отношение коэффициентов теплопроводности при температурах —70°С и +25°С достигает единицы, когда объемная влажность порядка 20—50% (для примера на рис. 2 показана зависимость t при +25, —70, —180°С для пенопласта ФРП-1).

Объяснения аналогичным данным, содержащимся, например, в работах Н. В. Пака, сводятся к рассмотрению трех факторов, снижающих эффективную теплопроводность влажных строительных материалов при отрицательной температуре. Первый—неполное замерзание воды в порах материала, второй — обезвоживающее действие центров кристаллизации льда, третий—частичное образование не льда, а инея. Этим могут быть объяснены и результаты наших опытов.

Из рис. 2 видно, что коэффициент теплопроводности пенопласта ФРП-1 при влажности, что объясняется преобладающим влиянием положительного по знаку температурного коэффициента теплопроводности пенопласта ФРП-1 над отрицательным температурным коэффициентом льда в порах.

Основными влажностными свойствами материала, характеризующими статику и кинетику его увлажнения, являются гигроскопичность, водопоглощение, капиллярная влагопроводность и паропрошщаемость. Нами определялось водопоглощение ускоренным методом -способом вакуумирования. который юзволнл определить практически полно водонасыщение материалов за 1—2 ч (табл. 1).

Для выяснения кинетики водопоглощения был использован метод полного погружения образцов в воду с температурой 20±5°С с определением прироста массы образцов через 1, 3. 5, 10, 20, 30 сут. и далее через каждый месяц до


Из числа проверенных пенопластов наименьшее водопоглощемме характерно для ПСБ-С — полное его подонасыщение наступает через 90 сут. п составляет 3—4% по объему. Водопоглошсннс ПХВ-1 за 90 сут. 2—3,7% но объему, однако после снятия технологической наружной пленки потопоглощение его увеличивается и составляет 5—9% по объему.

Пенополиуретан как заливочный, так и напыляемый, имеет несколько более высокое водопоглощение — через 90— 120 сут. влажность ППУ-Зс и Зн достигает 8—10% по объему (для объемной массы 40—50 кг/м3).

Увеличенным водопоглощением характеризуется ФРП-1, для которого характерна открытая пористость. Полное водонасыщенне его наступает через 120 сут. и достигает для от тельных образцов 80—90% по объему. Однако при заливке этого пенопласта в форму или какую- либо полость образуется поверхностная корка, которая значительно снижает его водопоглощенпе.

Перлитобитумные изделия и пеностекло довольно интенсивно поглощают воду — через 90 сут. их водопоглощенпе (по объему) составляет 70—80%- У пеностекла процесс продолжается и далее, вероятно, за счет гидролитического разрушения тонких стенок между ячейками.

Испытанное отечественное пеностекло (СТУ-85 № 497-64) уступает в этом смысле зарубежным образцам у которых водопоглощение практически отсутствует благодаря закрытой пористости.

Исследование сорбционной влажности (гигроскопичности) теплоизоляционных материалов выявило максимальное увлажнение у ФРП-1. При 1007о-ной относительной влажности воздуха и температуре + 20°С гигроскопичность ФРП-1 (по массе) составляет 38%. Минимальная гигроскопичность (<1,5%) у пеностекла и пенопласта ПСБ-С. Несколько больше увлажняется пенополиуретан — 3—5%. Повышенную гигроскопичность имеют образцы ПХВ-1 и перлитобитумные. Гигроскопичность перлитового песка (рис 4) зависит от размера зерен; при 100 -мои относительной влажности воздуха она колеблется в пределах от 4.5% (чля <] акции мельче 0,25 мм) до 13% по массе (для фракции 1— 2 мм).

Определение температурного коэффициента линейного расширения производилось па дилатометре с низкотемпературной приставкой в виде охлаждаемого жидким азотом блока. Результаты испытаний приведены в табл. 3.

Определение капиллярной влагопроводности, характеризующей увлажнение материала за счет проникания воды по сообщающимся порам в материале, подтвердило данные о характере увлажняемости материалов путем водопоглощения. Результаты испытаний представлены на рис. 5.

Для оценки изменения прочностных показателей теплоизоляционных материалов в воздушно-сухом состоянии под воздействием низких температур нами




Итак, в результате исследований установлено, что теплопроводность с понижением температуры приближалась при низких значениях к теплопроводности воздуха, что позволяет считать пенопласты высокоэффективными низкотемпературными теплоизоляторами.

Теплопроводность увлажняемых теплоизоляционных материалов при отрицательных температурах превышает их теплопроводность при положительной температуре при значительном увлажнении порядка 20—50% по объему.

Наименьшим влагопоглощеннем обладают и пенопласты ПСБ-С, ППУ-Зн, ППУ-Зс. Пенопласт ФРП-1 может применяться для низкотемпературной изоляции только при условии надежной ла- ро- и гидроизоляции. при воздействии низких температур у исследованных материалов прочность не только не снижается, она заметно возрастает.

Таким образом, определена группа эффективных низкотемпературных изоляционных материалов.