Сферы применения PIR: от космической отрасли к частному строительству

Состав, плюсы и минусы материала

Сегодня PIR выпускается в виде плит многослойной конструкции. В качестве основы выступает пористый жесткий полиуретан, ячейки которого заполнены специальным перманентным газом. С обеих сторон плита изолирована слоем алюминиевой фольги — она сохраняет высокие свойства утеплителя на протяжении всего срока эксплуатации.

Этим обусловлено ключевое достоинство продукта — уникально низкая теплопроводность (0,022 Вт/м °К). Благодаря этому для утепления достаточно меньшей толщины теплоизоляционного слоя, чем у аналогов.

Прочие плюсы:

• Небольшой вес. PIR-плиты не оказывают серьезной нагрузки на несущие конструкции.
• Прочность на сжатие более 150 кПа (или 15 тонн на 1 м² при 10% деформации). PIR-плиты устойчивы к сжимающим и динамическим нагрузкам и не повреждаются при монтаже.
• Негигроскопичность. Водопоглощение PIR составляет менее 1%. Утеплитель не гниет и не разрушается от воздействия воды и пара. Фольгированный слой дополнительно защищает поверхности плит от конденсата.
• Слабая горючесть (не поддерживает горение). Под действием высоких температур обугливается только наружный слой, превращаясь в пористую углеродную матрицу. Дальнейшее распространения огня не происходит.
• Экологичность. Материал не выделяет вредных веществ даже при нагревании, гипоаллергенен и соответствует условиям применения в школьных, дошкольных, лечебно-профилактических учреждениях.
• Простота монтажа. Плиты легко режутся обычным строительным ножом и плотно стыкуются между собой. Для полной изоляции слоя достаточно проклеить стыки, и это также упрощает установочные работы. Монтаж возможен в любое время года.

Минусы:

• Низкая звукоизоляция. Это необязательная характеристика для утеплителя, но потребители привыкли, что тепло- и звукоизоляция идут в связке. PIR по своей структуре жесткий и поэтому не способен гасить звуки так, как это делают толстые волокнистые материалы. Он устойчив только к ударному шуму.
• Ненаработанная репутация. Продается не во всех строительных магазинах, потребители пока еще мало осведомлены об этом материале.

Огнестойкость PIR и XPS

Здесь картина меняется на прямо противоположную. Экструдированный полистирол начинает размягчаться уже при 73 градусах Цельсия, плавится и течёт при ста градусах, а при 360 градусах горит, щедро выделяя в воздух ядовитые испарения. Плита PIR же с обеих сторон укрыта специальным покрытием, которое при возникновении огня образует на поверхности плотную углеродную корку и не пропускает пламя дальше. Для того, чтобы понять, что лучше, достаточно просто взглянуть на уровень горючести: для экструдированного полистирола он составляет невысокие Г3-Г4, тогда как плита PIR — это практически негорючий Г1. Победитель — плита PIR.

Форма выпуска PIR плит

Полимер, получающийся в результате реакции во время производства, отличается высокой адгезией. Другими словами, он липнет практически ко всему, с чем соприкасается. В определенной степени такое качество существенно осложняет технологический процесс – обыкновенная экструзия, которую применяют, к примеру, при изготовлении пенополистирола схожего по структуре, здесь несколько изменена.

Никогда PIR плиты не производятся в «голом» виде – у них есть покрытие с других сторон. Такой покрывной слой, к тому же, повышает уровень устойчивость материала к механическим нагрузкам, а также к воздействию УФ-лучей и другим природным факторам, которые негативно сказываются на продолжительности эксплуатации плит.

PIR: особенности и отличия

Пенополиизоцианурат впервые был синтезирован в 60-х годах XX века. Технология его производства отличается от технологии получения «классического» пенополиуретана. В первую очередь – соотношением компонентов А и Б в реакционной смеси.

Владимир Шалимов, кандидат технических наук, руководитель технической службы направления “Полимерные мембраны и PIR в КМС” компании ТЕХНОНИКОЛЬ: “В обычном пенополиуретане это классическое отношение, равное 1:1, то есть на одну молекулу полиола приходится одна молекула изоцианата. В результате реакции получается молекула полимера с линейной структурой. При синтезе пенополиизоцианурата это отношение зависит от ряда факторов (от молекулярной массы и функциональности полиола, от содержания NCO-групп в изоцианате и от его типа) и должно быть не менее, чем 1:2. В технологическом цикле нашего предприятия оно составляет как минимум 1:3, то есть на одну молекулу полиола приходится три молекулы изоцианата, две из которых остаются свободными. При этом сам процесс протекает при более высокой температуре. В результате происходит так называемая тримеризация: свободные NCO-группы образуют особо прочные соединения – тримеры. Можно сказать, что пенополиизоцианурат – это тримеризованный изоцианат. Высокая прочность химических связей затрудняет разрушение структуры полимера, поэтому полиизоциануратная пена является химически и термически (в том числе при воздействии открытого пламени) более стабильным материалом: разрыв изоциануратных связей начинается при температуре выше 200 °C, тогда как у пенополиуретана – примерно при 100 °С”.

Прочность PIR и XPS

«Спаянные» между собой «пластмассовые» полимерные нити экструдированного полистирола делают его намного более прочным материалом по сравнению с плитой PIR. Структура ЭППС придаёт ему жесткость, устойчивость к деформациям и серьёзным нагрузкам, превращая экструдированный полистирол в идеальный вариант для комбинирования вместе со строительными панелями. Напротив, обладающая невысокой плотностью плита PIR более подвержена высыханию, часто крошится по краям и считается крайне ненадёжным материалом для обшивки стен. Победитель в этой номинации — экструдированный полистирол.

Из космоса на крышу

Согласно данным ISOPA (Европейской ассоциации производителей диизоцианатов и полиола), в одной только Европе ежегодно производится до 2 млн тонн полиуретанов. Ожидаемое потребление материала в 2015 году во всем мире составит 7,1 млн тонн, из них 5-6 млн тонн получит применение в строительной отрасли для теплоизоляции стен, крыш и фундамента. Современной версией утеплителя на основе пенополиуретана является пенополиизоцианурат (PIR). Благодаря своей прочности, компактности и легкости он является самым популярным утеплителем во всем мире на объектах коммерческой недвижимости, особенно при строительстве торговых центров, логистических комплексов и холодных складов. Помимо своей экологической безопасности и прочих перечисленных выше свойствах полиуретана, PIR может предложить владельцу здания энергоэффективность — экономию энергии за счет уменьшения ее количества, необходимого для нагрева или охлаждения здания. Низкая теплопроводность PIR сохраняется в течении долгого времени. Исследования Федерации Европейских Ассоциаций Жесткого Полиуретана PU Europe доказали, что полиуретановая изоляция полностью соответствует всем заявленным значениям и характеристикам спустя 33 года. Это обеспечивает минимальное энергопотребление зданий в течении всего жизненного цикла.

При всех своих преимуществах теплоизоляция PIR на российском рынке составляет не более 1%. Дмитрий Капралов, руководитель направления PIR компании ТехноНИКОЛЬ признается, что многие клиенты ошибочно считают этот утеплитель новым материалом. Меж тем, плиты PIR за последние 30 лет завоевали 76% доли на рынке плоских кровель США и 40% кровельного рынка Европы. «Российский рынок сбыта полиуретанов крайне узкий. До недавнего времени собственное производство было представлено лишь несколькими предприятиями, специализирующимися на производстве сэндвич-панелей. Импорт же материала из-за рубежа получался экономически необоснованным, поэтому выбор делался в пользу других видов теплоизоляции», — объясняет Дмитрий Капранов.

Компания ТехноНИКОЛЬ в сентябре 2015 года начала в Рязани собственное производство плит теплоизоляционных PIR. Эксперты прогнозируют, что с выходом завода на проектную мощность, а это 30 млн м2 продукции в год, теплоизоляция PIR станет доступнее на российском рынке по отношению к европейским аналогам и займет в ближайшие 5 лет не менее 30% рынка плоских кровель.

Как видим, история PIR в России только начинается, и есть все шансы, что каждая третья кровля в нашей стране получит кровлю из космического утеплителя.

Пенополиизоцианурат или PIR – это теплоизоляционный материал, хорошо зарекомендовавший себя в Европе и Америке, который, наконец-то, появился в России. PIR – это современный полимер, последнее поколение пенополиуретана.

Более 95% объема материала составляют закрытые жесткие негорючие ячейки, заполненные инертным газом. Именно благодаря своей структуре PIR обладает уникальными физико-механическими свойствами: низким коэффициентом теплопроводности 0,022 ВТ/м°К, повышенной прочностью – более 120 кПа, высокими противопожарными характеристиками, а также большим сроком службы без потери своих качеств.

Запуск Шаттла Дискавери, фото: NASA

Американский Шаттл запускался в космос при помощи двух твердотопливных ракетных носителей (отделялись на высоте 45 км) и собственных двигателей, которые получают топливо из большого внешнего бака. Срок жизни этой гигантской канистры с криогенным топливом весьма недолгий – всего 8,5 минуты. Выполнив свое предназначение, топливный бак сгорает в атмосфере.

Вывод космоплана «Буран» на околоземную орбиту осуществляла ракета-носитель «Энергия», конструкция которой состояла из двух ступеней. Первую ступень составляют четыре боковых блока с кислородно-керосиновыми двигателями, возвращаемые на Землю с помощью парашютов. Вторая ступень оснащена четырьмя кислородно-водородными двигателями РД-0120 и является несущей конструкцией. Несмотря на закрытие программы «Энергия-Буран», многие разработанные технологии применяются в наше время. «Энергия» стала универсальной ракетой сверхтяжелого класса, не имеющей по своим возможностям аналогов в мировом ракетостроении.

Инструкция как сделать фасад pir-плитой

Вот ещё ролик от другого опытного специалиста, правда про пенопласт, но крепление на стены одно и то же:

Из ролика и комментов удалось выловить несколько важных моментов:

• В качестве клея используют ОСНОВИТ Каверпликс по рекомендации специалиста имеющего 26 лет опыта в фасадной тематике. Кстати – вот его канал: Денис Никольский — это просто находка для самостройщика. Куча опыта по фасадам, в том числе мокрые фасады по ППС. Таких фасадов Денис сделал сотни. Если ПИР по каким-то причинам не получается добыть, то Денис использует ППС16Ф 16 кг/м3, Бывший ПСБ-С 25Ф это ППС16Ф.
• «Лепухи» способны решить вопрос с неровностями лучше чем клей под гребёнку (не нужно выравнивать основание, если там не криминал)
• Расход клея на 1м2 4-5 кг. Мешок клея примерно 600р. Получается на м2 стены добавляем 120 рублей.

Нашёл аналог — клей Ceresit CT 83 для фасадов из ППУ.  У них на сайте есть нашлись интересные ньюансы:

1. Для оценки несущей способности основания рекомендуется приклеить в нескольких местах кубики пенополистирола размером 10х10 см и через 3 суток оторвать их. Результат испытания считают положительным, если отрыв происходит по пенополистиролу.

2. К шлифованию, дополнительному креплению теплоизоляционных плит тарельчатыми дюбелями и изготовлению на них базового штукатурного слоя можно приступать через 3 суток после приклеивания плит.

Такой разный полиуретан

Сегодня полиуретаны применяются в ракетно-космической технике в самых различных областях. «Благодаря своей низкой теплопроводности пенополиуретаны используются для теплоизоляции, а также в качестве материала-заполнителя при создании трехслойных панелей из-за своей относительной прочности и малой плотности», — комментирует Александр Шаенко, руководитель образовательной программы «Современная космонавтика» в Университете машиностроения. Он поясняет, что трехслойные панели – это силовые элементы конструкции (створки головных обтекателей, аэродинамические рули, обшивка модулей).

Как получают «материал будущего»

На сегодняшний день PIR – вершина технологической эволюции пенополиуретана, одного из наиболее универсальных и востребованных полимерных материалов, относящегося к категории газонаполненных реактопластов и впервые синтезированного около 60 лет назад. Его уникальность заключается в том, что изменяя пропорцию двух основных участвующих в реакции химических веществ (всего в ней задействовано более десятка реагентов) можно получить широкий спектр материалов с разными физическими свойствами для различных областей применения.

Исходным сырьём для получения PIR и пенополиуретана в наши дни служат продукты нефтехимического производства – полимерные органические соединения и многоатомные спирты. Альтернативным вариантом является использование некоторых видов растительного масла: касторового, соевого, рапсового, подсолнечного и др. Однако такое сырьё значительно дороже.

Структура и виды обкладок ПИР-утеплителя

Структура PIR-плит жесткая газонаполненная закрытоячеистая. Внутри микроячеек, образующих полимерный каркас, находится газ с низкой теплопроводностью.

Структура PIR-плит

Несмотря на то, что стенки ячеек занимают около трех процентов от общего объема, утеплитель обладает высокой динамической и механической прочностью, не снижающейся в течение всего срока эксплуатации.

Утеплитель в зависимости от функционального предназначения может быть с двух сторон каширован:

• стеклохолстом — неткаными листами из спрессованного стекловолокна; 
• стекловолокном битумизированным или с графитовым огнеупорным покрытием;
• крафт-бумагой высокой прочности;
• фольгой алюминиевой и ламинированной (алюмоламинатом).

Теплоизоляционные фольгированные плиты PIR

Толщина обкладки составляет от 50 до 100 мкм и влияет на технологию монтажа утеплителя. Возможны комбинированные варианты каширования, когда верхняя и нижняя части отличаются по материалу.

Основные сферы применения ПИР-плит в зависимости от вида обкладки

Материал обкладки	Область применения
Стеклохолст	Наружное утепление фасада с последующим устройством т.н. вентилируемой навесной системы любого типа.  Обустройство кровли.  Внутренняя изоляция балконов.
Стекловолокно	Теплоизоляция плоских кровель, в “пироге” которых предусмотрена клеевая система изоляции, в которой все слои крепятся на специальные виды клея.
Фольга	Наиболее широкий спектр применения. Фольгированные плиты как материал с повышенными тепло- и пароизоляционными свойствами применяются для утепления эксплуатируемых кровель, стен, потолка и полов (в том числе теплых), изоляции фундамента и помещений с высокой влажностью и экстремальным температурным режимом (имеются ввиду бани и сауны).
Крафт-бумага	Внутреннее утепление сухих помещений (потолки, стены, а также в качестве сердечника в стеновых и кровельных сендвич-панелях.

Теплоизоляция воздуховода плитами PIR

Что такое PIR-панели?

Благодаря стремительному развитию технологии строительства «умных» энергосберегающих жилищ, которая особо развита за рубежом, на рынке России не так давно появился такой интересный вариант утеплительного материала, как PIR-плита. К слову, более 85% зданий и сооружений в США утеплены именно с помощью этого материала. В других странах Европы этот показатель достигает 70% и не снижается на протяжении более 10 лет, в то время как по статистике строительных организаций в России этот показатель пока не превышает 5%. Из чего же изготавливается этот эффективный материал?

«PIR» расшифровывается как полиизоцианурат. Это сложный полимер, который по составу напоминает полиуретан, но который при этом является более устойчивым к различным сторонним воздействиям – химическим, термическим, механическим. Основным элементом, который служит основой для получения полиизоцианурата, является метилендифенилдиизоцианат. На первом этапе производства под действием высоких температур и различных катализаторов этот компонент обретает способность вступать в реакцию с самим собой, после чего происходит его частичное превращение в три-изоцианат-изоциануратное химическое соединение. Образовавшаяся вследствие химической реакции молекула имеет замкнутую сферическую структуру и является очень жесткой. Именно это и обеспечивает высокоэффективные и устойчивые свойства конечного продукта. На втором этапе к оставшейся части метилендифенилдиизоцианата и полученной молекуле три-изоцианата-изоцианурата добавляют полиэфирный полиол и специальный вспенивающий компонент. Конечным результатом химической реакции, которая происходит на открытом воздухе, является твердый и прочный полимер, объем которого на 95% состоит из закрытых ячеистых пор. Полученное соединение начинает терять стойкость молекулярных связей при воздействии температур, достигающих 200°С. Скорость распада материала также зависит и от его толщины. Для сравнения – молекулярные связи обычного пенополиуретана (PUR) начинают распадаться при воздействии температур, равных 110-120°С. Таким образом получают теплоизоляционный материал с самым низким показателем теплопроводности. Цвет готового соединения может быть чисто белым или слегка желтоватым. Теперь рассмотрим технологию изготовления теплоизоляционных плит или панелей с использованием полиизоцианурата.

Наппан » Новости

Теплоизоляционные плиты PIR завоевывают строительную отрасль в России

Наппан20 декабря 2018 г., 9:53

Использование плит PIR в России растет с каждым годом, невзирая на общий спад на строительном рынке. Если в 2016 году объём продаж PIR в России составлял 1,4 млн м2, то в 2018 году этот показатель достигнет 3,5 млн м2.

Основная сфера применения PIR — теплоизоляция плоских кровель. В первую очередь, 70% — это коммерческое строительство: крупные промышленные объекты, складские здания, торговые центры. На кровле таких зданий, как правило, установлено оборудование, требующее постоянного обслуживания. Материал PIR обладает прочностью и необходимой устойчивостью к нагрузкам, что позволяет увеличить срок межремонтной эксплуатации кровли до 25 лет, в то время как сегодня они ремонтируются каждые 3-5 лет. Оставшиеся 30% приходится на теплоизоляцию жилых помещений, но эта цифра постоянно растет. В последнее время PIR все чаще используется для изоляции саун и балконов.

PIR является современным высокотехнологичным утеплителем. Этот огнеупорный пенополиуретан нового поколения обладает самой низкой теплопроводностью среди распространенных на строительном рынке РФ теплоизоляционных материалов, что позволяет использовать меньшую толщину PIR-плит по сравнению с другими теплоизоляционными материалами. Низкая плотность, около 30 кг на м3, позволяет существенно снизить нагрузку на несущую конструкцию и уменьшить толщину теплоизоляционного слоя.

Раньше пенополиизоцианурат использовали в ракетно-космической отрасли. Он применялся в качестве теплоизоляции топливных баков ракетоносителей, в проекте БУРАН, так как основными его преимуществами считаются огнестойкость, прочность и легкость.

PIR пришел на российский рынок в 2014 году, и сейчас в России работают два завода по его производству: в Рязани и в Саратове. Они являются крупнейшими в Европе, их совокупная потенциальная мощность составляет 2 млн м3. Также этот материал могут производить предприятия, специализирующиеся на производстве сэндвич-панелей с PIR теплоизоляцией

Об ассоциации: НАППАН — некоммерческое объединение производителей панелей и теплоизоляционных плит из ППУ (PUR, PIR), поставщиков оборудования, сырья и материалов для производства панелей и теплоизоляционных плит из ППУ и других заинтересованных организаций. Стратегическая цель Ассоциации — защита и представление интересов ее членов при взаимодействии с органами власти РФ и субъектов РФ, а также в российских и международных организациях, действующих в сфере производства инновационных теплоизоляционных стройматериалов на уровне стран и регионов, а также продвижение продукта ППУ.

Менеджер: Злата Трасковская

Просмотров:
103

Прикреплённые файлы:

PIR.jpg

Так почему именно PIR?

Игорь Ромуальдович Шидловский, начальник лаборатории теплоизоляционных и теплозащитных покрытий завода «Прогресс» в 1981-1997 гг., вспоминает: «PIR (теплоизоляция на основе пенополиизоцианурата) стал безальтернативным материалом для теплоизоляции топливного бака ракеты-носителя. Материал позволял сохранить необходимый температурный режим для газов, находящихся внутри отсеков бака в жидком состоянии — минус 183°C для жидкого кислорода и минус 253°C для жидкого водорода — в жесточайших условиях механических перегрузок и динамического нагрева во время запуска корабля».

Низкий коэффициент теплопроводности материала обуславливается пористой внутренней структурой. В результате процесса полимеризации образуются закрытые ячейки, заполненные инертным газом, который, как известно, является самым лучшим теплоизолятором. Большое количество таких пор в материале – до 96% — делает его объемным и сверхлегким.

«Одним из великолепных свойств полиуретана является то, что в момент вспенивания он обладает очень хорошей адгезией, в особенности к металлам», – рассказал Игорь Ромуальдович. От клеевого крепления панелей из полиуретана отказались — слишком большая масса, один клей весил тонны. Напыление пеной позволило увеличить полезную нагрузку, за каждый грамм которой так боролись все специалисты проекта. «Энергия» могла вывести на орбиту около 100 тонн полезного груза, в то время как Спейс Шаттл — только 30 тонн.

Еще одно неоспоримое преимущество PIR – его высокие противопожарные характеристики. PIR – это последнее поколение полиуретанов и благодаря своей структуре PIR не горит, не поддерживает горение и не распространяет пламя. При взаимодействии с пламенем наружный слой полиизоцианурата обугливается и на поверхности образуется углеродная матрица, которая защищает внутренние слои полимера и препятствует дальнейшему распространению пламени.

Синтез и свойства пенополиуретана

В основе реакции полимеризации лежит взаимодействие двух ключевых реагентов, называемых «компонент А» и «компонент Б»:

1. Компонент А – полиол: многоатомный спирт, имеющий в своём составе более одной гидроксильной группы —OH. К этой группе химических соединений относятся, в частности, этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, сорбит и др.;
2. Компонент Б – полиизоцианат: органическое соединение, содержащее функциональную группу —N=C=O. В частности, при производстве пенополиуретана и PIR используется полимерный 4,4 метилендифенилдиизоцианат или pMDI, производимый корпорациями BASF, Covestro, Huntsman и Dow.

Реакцию можно описать как взаимодействие полиола и диизационата с образованием полиуретана в присутствии катализатора (обычно аминной группы). Перед реакцией в смесь вводится вспенивающий агент, который заполняет в самом начале пористую, а в дальнейшем – герметично закрытую структуру полиуретана, превращая его в материал под названием пенополиуретан.

Помимо перечисленных реагентов в синтезе участвует ещё примерно 10-13 веществ: катализаторы, стабилизаторы и различные добавки, влияющие на конечные свойства материала.

Практически сразу же после получения пенополиуретана химики заметили, что его свойства зависят от длины цепи газонаполненных микрогранул, которая, в свою очередь, определяется соотношением полиольного и изоцианатного компонентов, а также функциональностью и молекулярной массой самого полиола. Путём варьирования этого соотношения были получены материалы с очень разными свойствами: от мягких губчатых (например, поролон, современные наполнители для матрасов, некоторые виды утеплителей для одежды и пр.) до жёстких пенопластов высокой плотности, используемых в строительстве в качестве изоляции для промышленных холодильников и морозильников, наполнителя сэндвич-панелей, для утепления трубопроводов и производства жёстких плитных утеплителей.

Немного истории

В 1937 году немецкий химик Отто Байер изобрел полиуретан, а уже три года спустя полиуретановая пена впервые применялась в самолетостроении. Материал пришелся очень кстати: в мире начиналась эпоха освоения космоса.

Инженерам сразу же приглянулся новый легкий и прочный материал с удивительно низкой теплопроводностью, который как нельзя лучше справлялся с экстремальными температурами в открытом космосе: перепад температур колеблется от 120°C до минус 150°C в тени глубокого космоса. Полиуретан словно создан для сложных условий эксплуатации. Его по праву можно назвать космическим материалом, поскольку он сочетает в себя ряд уникальных качеств. Во-первых, он превосходный утеплитель. Слой полиуретана толщиной 1,6 см обеспечивает такую же изоляцию, как и бетонная стена толщиной 1,34 м. Материал демонстрирует малое водопоглощение. Полиуретан является одним из самых жестких эластомеров, отличающихся высокой прочностью. Коэффициент прочности на сжатие составляет более 120 кПа. К тому же это долговечный материал, срок его безотказной службы без потери теплоизоляционных качеств составляет более 50 лет. А после этого срока он может получить вторую жизнь, будучи переработанным.