خواص فیزیکی فوم سخت و فوم نرم پلی یورتان

این مورد را ارزیابی کنید
(2 رای‌ها)

فوم پلی یورتان چیست؟

افشانه یا اسپری فوم پلی اورتان رایج‌ترین نوع از این فوم عایق است که در سال ۱۹۴۰ تولید شد و توسط ارتش ایالات‌متحده آمریکا برای استفاده در هواپیماها بکار گرفته شد ،در آغاز دهه ۱۹۷۰ به‌عنوان عایق فوم به‌صورت عمومی مورد استفاده قرار گرفت. یکی از کاربردهای فوم پلی یورتان، عایق‌کاری اجسام است. این دسته‌ از مواد شیمیایی از دو ماده اصلی پلی ال و ایزوسیانات که هر دو ماهیت مایع دارند تشکیل شده‌اند. پس از ترکیب، این دو ماده باهم واکنش می‌دهند و به‌صورت فوم گسترش میابند و پس از مدتی جامد می‌شوند. این خشک شدن سریع، باعث ایجاد عایقی نسبتاً دائمی خواهد شد که نه ترک می‌خورد و نه تغییر شکل می‌دهد. اگر فوم فراتر از منطقه موردنظر گسترش بیابد، فوم اضافی را می‌توان به اندازه موردنظر برش داد.

مزایای فوم پلی یورتان

مزیت‌های فوم پلی یورتان عبارت‌اند از:

  • هدایت حرارتی کم که از تمامی مصالح عایق متداول دیگر کمتر است
  • وزن سبک
  • استحکام بالا
  • قابلیت بسیار زیاد در پذیرش تغییر در فرمولاسیون جهت برآورده کردن انتظارات کاربردی
  • چسبندگی قوی به بسیاری از مواد
  • نفوذپذیری کم در برابر بخارآب
  • مقاومت حرارتی بالا

فوم سخت پلی یورتان در گستره وسیعی از دما به‌عنوان عایق حرارتی به‌کاربرده شده است. برای مثال این نوع فوم در عایق‌کاری ازت مایع در ۱۹۶- درجه سلسیوس و بخار در ۱۲۶+ درجه سلسیوس به ‌کار برده شده است

  • قابلیت فوم شوندگی در محل برای پر کردن شکل‌های پیچیده
  • قبل تولید بودن در رنج وسیعی از چگالی‌ها است. به‌طوری‌که چگالی این فوم از ۸ کیلوگرم بر مترمکعب به بالا قابل‌دسترس است.

اسپری فوم پلی یورتان

معایب فوم پلی یورتان

از معایب آن می‌توان گفت به موارد زیر اشاره کرد:

  • پاک کردن این مواد از روی سطوح کار سختی است و جاهایی را با این فوم بپوشانید که نیاز به بازرسی و یا تعمیرات نداشته باشد.
  • گاز متصاعد شده هنگام کار برای مجریان مضر است و هنگام کار موارد ایمنی را باید رعایت کرد.
  • عدم جذب در محیط‌زیست، و چرخه بازیافت ۴۰۰ ساله از معایب انواع پلی یورتان است

خواص عمومی فوم سخت پلی یورتان

برخی از خواص عمومی فوم سخت پلی یورتان (فوم ریجید) پایه پلی اتری یا پلی استری عبارتند از:

    قابلیت تشکیل فوم در محل پاشش یا ریزش
    تنوع در دستیابی به دامنه وسیعی از خواص فیزیکی
    خواص استحکام بالا همزمان با سبک وزن بودن
    دارای خواص عایق حرارتی مناسب
    قابلیت چسبیدگی بالا به فلز، چوب، شیشه و سرامیک

وزن معادل مولکولی پلی ال تاثیر قابل توجهی بر خواص نهایی فوم پلی یورتان دارد. به طور کلی، با کاهش میانگین وزن معادل مولکولی پلی ال از ۳۰۰ به ۱۰۰، خواص فوم سخت پلی یورتان نهایی بدین شکل تغییر می کند:

    افزایش استحکام فشاری فوم پلی یورتان
    افزایش سهم سلول های بسته در فوم
    کاهش نرخ نفوذ بخار آب به درون فوم پلی یورتان
    کاهش جذب آب
    افزایش مقاومت حرارتی فوم پلی یورتان
    کاهش نرخ افت گاز در سیستم های پف زای حلالی
    تمایل بیشتر به شکنندگی در فوم
    تمایل به سوختن فوم پلی یورتان
    افزایش قیمت تمام شده هر کیلو فوم پلی یورتان

به علاوه، با کاهش وزن معادل مولکولی پلی ال، واکنش گرمازا با شدت بیشتری در حین تشکیل فوم پیش می رود.

در یک سیستم پلی ال مشخص، خواص فوم را می توان صرفا با تغییر در دانسیته فوم پلی یورتان کنترل نمود. خواص فیزیکی فوم پلی یورتان مانند استحکام فشاری، مقاومت کششی، استحکام خمشی، مقاومت برشی و استحکام به ضربه، رسانایی حرارتی، نرخ جذب آب و ضریب کشسانی تا حد زیادی به دانسیته فوم پلی یورتان بستگی دارد.

میزان سلول های بسته موجود در فوم سخت پلی یورتان علاوه بر وزن معادل مولکولی پلی ال ، بستگی به مقدار پیوند دهنده های عرضی و سورفاکتانت های مورد استفاده در حین فوم کردن دارد. در فوم اسپری پلی یورتان، میزان میکس کردن مواد اولیه پلی یورتان ( پلی ال و ایزوسیانات) تاثیر زیادی بر میزان سلول های بسته فوم سخت پلی یورتان دارند. باید یادآور شد که در اکثر کاربردهای فوم سخت پلی یورتان، داشتن حداکثر سلول بسته در فوم مورد نیاز می باشد. به عبارتی، وجود سهم بالایی از سلول های بسته در فوم پلی یورتان برای به حداقل رساندن جذب آب، کاهش نفوذ رطوبت و بخار آب و حفظ گازهای عامل پف زا در داخل فوم ضروری است. معمولا فوم سخت پلی یورتان دارای درصد بالایی از سلول های بسته می باشد( ۹۰%). البته در دیگر کاربرد فوم پلی یورتان، همانند فوم صندلی، کاهش تعداد سلول های بسته در فوم مطلوب می باشد.

خواص فیزیکی و مکانیکی فوم سخت پلی یورتان (فوم ریجید)

فوم سخت پلی یورتان (فوم ریجید) معمولا دارای دانسیته ای بین ۸ تا ۳۲۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. البته مصرف فوم های سخت با دانسیته های بالاتر برای کابرد هایی مانند قطعات دکوراتیو و پایه صندلی که به فوم چوب معروفند نیز اخیرا در حال افزایش است. لازم به توضیح است تولید فوم سخت پلی یورتان با دانسیته کمتر از ۲۴ کیلوگرم بر متر مکعب به طور ابعادی ناپایدار است وعملا غیر قابل استفاده می باشد. شکل ۳ تاثیردانسیته بر خواص مکانیکی فوم سخت پلی یورتان را نشان می دهد. این نمودار تا دانسیته ۱۱۰ کیلوگرم بر متر مکعب را پوشش می دهد. شکل ۴ نیز استحکام فشاری فوم سخت پلی یورتان با تغییرات دانسیته را نشان می دهد. همانطور که در شکل مشهود است، با افزایش دانسیته فوم، استحکام فشاری افزایش می یابد و همچنین استحکام فشاری با افزایش دمای فوم پلی یورتان (به ویژه در دانسیته های بالاتر) کاهش می یابد.

در رابطه با استحکام فشاری باید اشاره کرد که در فوم سخت پلی یورتان معمولا یک ناحیه الاستیک وجود دارد که در آن میزان تنش تقریبا با میزان کرنش متناسب است. با این وجود، آنها به طور کامل از قانون هوک تبعیت نمی کنند.بالای نقطه تسلیم، فوم بازگشت الاستیک کمتری از خود نشان می دهد. اگر فوم پلی یورتان بیشتر از نقطه تسلیم متراکم شود، ساختار فوم مچاله می شود.
در فوم های با دانسیته پایین ( کمتر از ۶۴ کیلوگرم بر متر مکعب)، تنش لازم برای مچاله کردن فوم پلی یورتان برابر مقدار تنش در نقطه تسلیم است. ناحیه ثابت می تواند تا تراکم ۷۰% در فوم های با دانسیته پایین گسترش یابد. در دانسیته های بالاتر، شدت فلات کاهش می یابد و تنش لازم برای مچاله کردن فوم با افزایش کرنش بیشتر می شود.

اکثر فوم های سخت ( فوم ریجید) پلی یورتان دارای خاصیت ناهمسانگرد هستند بدین معنا که در جهت افزایش ارتفاع فوم (رایز) مقاومت بالاتری نسبت به جهت عمود بر آن دارند. این خاصیت ناهمسانگردی معمولا در موارد فوم قالبی یا پانل هایی که فوم در فاصله عمودی طولانی رشد می کند مشهود است. در چنین شرایطی، ( فوم قالبی یا پانلی با ارتفاع رشد بالا)، یک فوم سخت دارای استحکام تراکمی تقریبا دو برابر در موازات فوم نسبت به جهت عمود بر رشد فوم است. در فوم های قالبی، با اعمال بار اضافی بر قالب می توان اختلاف در خواص فیزیکی فوم در جهت عمودی و افقی را به حداقل رساند اما در عین حال دانسیته فوم پلی یورتان نهایی افزایش خواهد یافت.

خاصیت استثنایی فوم سخت پلی یورتان (pur/pir) با استفاده از عامل دمنده بدست می آید . هدایت حرارتی در دمای معیار ۱۰ درجه سلسیوس کمتر از هوای [(λair= 0.024 W/(m·K)] رایج ترین عامل پف دهنده استفاده شده پنتا هیدروکربن است یا یک هیدروکربن خالص یا ایزومر ترکیبی نرمال ایزو یا سیکلو پنتان با هدایت حرارتی بین ۰٫۰۱۲ و ۰٫۰۱۳ W/(m·K) . برای مصارف خاص , هیدروکربن فلورو از قبیل FC-365 mfc HFC- یا HFC-245 استفاده می شود.

با توجه به بافت سلول-بسته فوم سخت پلی یورتان (PUR/PIR)
۲٫۲ تأثیر چگالی
میران چگالی رابطه مستقیم با افزایش مواد ساختاری دارد . و میزان تسهیم سازی گرما روی مواد ساختاری نیز افزایش می دهد. و این باعث افزایش هدایت حراراتی می شود هر چند افزایش به نسبت افزایش چگالی نیست هدایت حرارتی فوم های سخت پلی یورتان PUR/PIR تغییر کمی نسبت به بازه چگالی ۳۰ به ۱۰۰ kg/m³  برای ساختمان دارد .

۲٫۳ تأثیر دما
هدایت حرارتی مصالح عایق با دما کاهش می یابد . افزایش دما از طرف دیگر باعث افزایش محسوسی در هدایت حرارتی می شود .
اندازه گیری هدایت حرارتی در شرایط استاندارد انجام می شود و این علت مقدار اندازه گیری شده تبدیل هب دمای پایه ای از ۱۰ درجه سلسیوس شده است . انحراف کمینه در هدایت حرارتی برای کاربرد های ساختمانی در مقایسه با دمای معیار ۱۰ درجه سلسیوس در به حساب اوردن مقدار ارزش هدایت حرارتی آورد .

۲٫۴ تأثیر جذب آب بعد از غوطه ور سازی در آب بعد از ۲۸ ساعت
در یک درجه معیار ۲۵ درجه سلسیوس هدایت حرارتی آب برابر با λ= ۰٫۵۸ W/(m·K) در حالیکه هدایت حرارتی بیشتر عایق ها رایج بین ۰٫۰۲۰W/(m·K) و W/(m·K) 0.50 جذب آب با توجه به غوطه وری در آب منجر به افزایش در هدایت حرارتی می شود.
هرچند ، جذب آب تنها تأثیر جزیی در هدایت حرارتی پلی یورتان صلب ( PUR / PIR) دارد طبق مطالعات انجام شده توسط Forschungsinstitut و Wärmeschutz نشان داده اند افزایش هدایت حرارتی فوم پلی یورتان صلب

۲٫۱٫۳مقدار تعریف شده هدایت حرارتی
مقدار تعریف شده برای هدایت حرارتی λD مشتق بر پایه مقادیر محاسبه شده از تحت شرایط مجموعه قوانین  ۱۳۱۶۵ EN بدست آمده است . مقدار تعریف شده بر حسب اولین مقدار اندازه گیری شده  با احتساب میزان پراکندگی آماری , و افزایش سن عایق محاسبه می شود. این در مرحله های ۰٫۰۰۱ W/(m·K) گزارش شده باشد.

۲٫۱٫۴ هدایت حرارتی طولانی مدت مواد فوم پلی یورتان سخت (PUR/PIR)
تحقیقات بلند-مدت Forschungsinstitut für Wärmeschutz e. V. Munich  روی فوم پلی یورتان سخت در مدت ۱۵ سال انجام شد. ترکیب سلول های گازی و هدایت حرارتی به صورت دوره ای مشخص شده است . تصویر ۳ تغییرات هدایت حرارتی فوم پلی یورتان سخت را نشان می دهد که تخته های با پنتان روی یک مخزن در دوره ۱۵ ساله در دمای اتاق انجام شده است .
هدایت بلند مدیت پلی یورتان

هدایت بلند مدیت پلی یورتان

علاوه بر هدایت حرارتی ساختار مواد جامد و تابش گرمایی در سلول های فوم , هدایت حرارتی فوم سخت پلی یورتان بر اساس  قسمت های گرمایی در بین سلول های گازی . افزایش سریع نسبی در هدایت حرارتی در شروع مطالعات بین گاز های دی اکسید کربن (هدایت حرارتی c. 0.016 W/(m·K)) و هوا است (هدایت حرارتی هوا c. 0.024 W/(m·K)

بعد از حدود سه سال , ترکیب سلول های گازی به یک تعادل پایدار می رسد و هدایت حرارتی بعد از آن به میزان جزئی تغییر می کند . بطور کلی مواد عایق با ضخامت بیشتر دارای هدایت حرارتی بلند مدت کمتری هستند .
منحنی زمان نشان می دهد که افزایش ثابت بر طبق EN 13165 برای پنتان در ابعاد زیر رخ می دهد :
۵٫۸ mW/(m·K) at thicknesses < 80 mm
۴٫۸ mW/(m·K) at thicknesses > 80 mm and < 120 m

کاربران می توانند مطمئن باشند که مقدار تعریف شده مقدار هدایت حرارتی λD در بیش از دوره طولانی مدت رخ نمی دهد .

۲٫۲ چگالی (دانسیته)
چگالی فوم سخت پلی یورتان استفاده شده برای عایق های حرارتی در ساختمان ها بشکل نرمال در بازه بین ۳۰ kg/m³ و ۴۵ kg/m³ قرار دارد. هر چند می تواند به ۱۰۰kg/m³ برای بعضی کاربرد ها برسد .
برای کاربرد های خاص در ارتباط با بار های مکانیکی شدید , چگالی فوم سخت پلی یورتان می تواند تا ۷۰۰ kg/m³ افزایش یابد.
تنها قسمتی از حجم فوم های سخت پلی یورتان شامل مواد است .در چگالی ۳۰ kg/m³ که در ساختمان های مسکونی استفاده می شود , مواد صلب مورد استفاده تنها ۳% از حجم فوم را تشکل می دهد . این شکل از مواد می توانند ساختار سلول و سلول های دیوار ها می تواند در برابر بار مکانیکی مقاومت کرده به سبب سخت بودن و خصوصیت ضد لغزش آن .

استحکام فشاری σ m یا استحکام استرسی در ۱۰% در تغییر σ۱۰

رفتار فشار یک پلی یورتان سخت در پلی یورتان سخت تابع اصلی از چگالی است. زمانیکه به رفتار مواد نگاه می کنیم در بار فشار اختلافی بین استحکام فشاری و استحکام استرسی است .
استحکام استرسی بطور کلی بر حسب ۱۰% تغییر شکل حساب می شود استحکام فشاری به عنوان ماکزیمیم استرس تا شکست استحکام براورد می شود.

پلی یورتان به دلیل داشتن خواص و ویژگی‌های انحصاری آن در جهان سالیان طولانی است که در صنایع برودتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مهمترین ویژگی‌های پلی یورتان در زمینه عایق‌

  1. ‌روش‌های متنوع در اجرا‌: تزریق فوم‌، اسپری و قطعات پیش ساخته‌.
  2. ‌دانسیته‌های متنوع پلی یورتان‌: دانسیته ۲۵ الی ۱۲۰۰ كیلوگرم‌، كه دانسیته مورد استفاده در پخش عایق‌ها بین ۳۰ تا ۶۰ كیلو متر بر متر مكعب است.
  3. ‌دوام در مقابل عوامل جوی نامحدود است.
  4. ‌عدم جذب آب و رطوبت‌: پلی یورتان خصوصاً در بخش‌های كه مساله جذب رطوبت در آنها از اهمیت بسزایی برخوردار است‌. با میزان جذب رطوبت بسیار كم آن هم صرفاً در سطح خارجی سلول‌های مربوط به عنوان بهترین عایق شناخته شده است .
  5. خواص Excusing یا خود خاموش شوند‌: پلی یورتان به عنوان یك ماده شیمیایی در مقابل آتش آسیب پذیر است ولی خود سوز نبوده و در صورت قطع منشاء آتش سوزی‌، خودبه خود خاموش می‌شود‌، ‌با افزودن مواد مخصوص می‌توان از اشتعال آن نیز جلوگیری نمود.
  6. مقاوم در برابر محیط‌های اسیدی رقیق‌.
  7. عدم امكان رشد میكروارگانیزم و باكتری‌ها در عایق پلی یورتان‌.
  8. تأمین عایق صوتی بكارگیری پانل پلی یورتان با ضخامت حدوداً ۱۰ سانتی متر اختلاف شدت صدا در دو طرف پانل حدود ۳۰ دسی بل است. این مقدار ۲ برابر فوم پلی استایرن و ۴ برابر بیشتر از دیوار آجری به همان ضخامت بوده و در صورت نیاز به درجات بالاتر تخفیف صدا‌، می‌توان از پانل پورتان به صورت دوجداره استفاده نمود‌.
  9. تولید آسان و ارزان سازه‌های ایزوله‌.
  10. خواص مكانیكی بسیار عالی‌: مهمترین خواص مكانیكی عبارتند از مقاومت فشاری و خمشی جهت آزمایش مقاومت فشاری نمونه اسفنج را بین دو صفحه صاف و موازی فشرده می‌شود و نیروی وارده در تغییر شكل‌های نسبی مختلف و حداكثر ۱۰ % اندازه گیری می‌شود. مقاومت فشاری شدیداً تابع وزن مخصوص است.

كاربرد فوم

كاربرد اولیه این نوع اسفنج در عایق‌های حرارتی است. این عایق‌ها از اهمیت ویژه‌ای در صنایع حمل و نقل و نگهداری مواد غذایی و بخصوص مواد غذایی فاسدشدنی كه باید بصورت یخ زده حمل و نقل شود‌، دارا هستند و همچنین استفاده در انبار مخزن‌های بزرگ خنك كننده‌، یخچال‌ها و فریزر‌ها از كاربردهای دیگر این نوع اسفنج است. امروزه جهت ساخت خانه‌های سبز از لحاظ مصرف انرژی‌، بهینه‌، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند‌.

صنایع نفت‌، گاز‌، پتروشیمی‌، جهت عایق بندی لوله‌های انتقال دهنده مواد محلول‌، تانكرها و مخازن نگهداری مواد‌.

صنایع هواپیما سازی‌، كشتی سازی و …

صنعت ساختمان جهت ایزولاسیون حرارتی‌، سبك سازی و نماسازی و…

contact us decartstore
دسترسی آسان دکارت استور
اینستاگرام دکارت استورم

آدرس: خیابان ولیعصر بالاتر از پارک وی و فرشته

بعد از خیام - پلاک 2901 - طبقه 2 - واحد3

  تلفن: 02122668771   -  02122668772

email decartstore ایمیل:         info [at] decartstore . com