استفاده از فوم های پلی یورتان کاربردی در ساختمان ها

فرآیند پیری فوم ها:

اختلاط ترکیبات باعث واکنش گرمازایی (تولید گرما) می شود که ماده فوم زا را به نقطه جوش می رساند. همانطور که گاز منبسط می شود، حباب های کوچکی را تشکیل می دهد که در ماتریس پلیمری به دام افتاده اند. سپس باید به پلیمر اجازه داده شود تا سخت شود تا فوم خودش را نگه دارد. با سرد شدن فوم، فشار گاز درون سلول ها به زیر اتمسفر می رسد. فشار درون سلول ها بیشتر کاهش می یابد، زیرا مقداری از عامل فوم زا توسط ماتریس پلیمری جذب می شود. این اجازه می دهد تا هوای محیط وارد فوم شده و به سرعت فشار اتمسفر را در سطح فوم بازیابی کند. انتشار هوا از سطح به داخل فوم آهسته‌تر اتفاق می‌افتد، با این حال، منجر به گرادیان فشار در فوم می‌شود زیرا سلول‌های سطح در فشار بالاتری نسبت به سلول‌های دورتر هستند. این انتشار هوا در سلول ها باعث رقیق شدن گاز باقی مانده در سلول ها می شود که مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به هوا دارد. بنابراین، با پیشروی بیشتر هوا به داخل عایق، حضور آن منجر به کاهش تدریجی مقاومت حرارتی فوم شده، فرآیندی که رانش حرارتی یا پیری فوم نامیده می‌شود. از دیگر عوامل موثر بر مقاومت حرارتی این فوم ها می توان به جذب مقداری از ماده فوم زا توسط ماتریس و انتشار به بیرون ماده فوم زا اشاره کرد. فرآیند پیری را می توان با استفاده از یک مدل کامپیوتری توسعه یافته توسط IRC توضیح داد. اثر پیری بر SPF در شکل ۲ نشان داده شده است.
منحنی ۱ نشان می دهد که یک نمونه پلی یورتان با ضخامت ۲۵ میلی متر به طور کامل محصور شده است (همه سطوح با یک پوشش اپوکسی مهر و موم شده اند) تحت تاثیر پیری نیست. کپسوله سازی از ورود هوا به فوم جلوگیری می کند، اما تاثیری بر حرکت داخلی (توزیع مجدد) ماده فوم زا ندارد. با وجود تغییر فشار ناشی از جذب مقداری از ماده فوم زا توسط ماتریس، عملکرد حرارتی ثابت باقی ماند. منحنی ۲ پیر شدن نمونه پلی یورتان را زمانی که هوا اجازه ورود به آن را داده، نشان می دهد. توزیع مجدد عامل فوم زا برای این مرحله خاص حذف شده است. منحنی ۳ مورد قبلی را به اضافه تأثیر بر روند پیری جذب عامل فوم زا توسط ماتریس پلیمری نشان می دهد. منحنی ۴ حالت قبلی به اضافه اثر انتشار به بیرون ماده فوم زا را نشان می دهد، بنابراین تغییری را که در مقاومت حرارتی فوم در طول عمر مفید آن رخ داده را نشان می دهد. این محاسبات مدل نشان می دهد که بیشترین کاهش مقاومت حرارتی ناشی از انتشار هوا به داخل سلول است.

طراحی مقاومت حرارتی فوم های پلی یورتان:

رانش حرارتی (پیری) عایق پلی یورتان مشکلی را برای طراحان ایجاد کرده، زیرا نمی توانند از مقاومت حرارتی اولیه ماده در محاسبات خود استفاده کنند، زیرا این نشان دهنده مقاومت حرارتی نیست که عایق در طول عمر خود ارائه می دهد. آنچه برای اهداف طراحی مورد نیاز است مقداری است که منعکس کننده کاهش تدریجی مقاومت حرارتی است. مقاومت حرارتی هر عایق فوم پر شده با گاز با زمان متفاوت است. بنابراین، محاسبات تلفات (یا افزایش) گرما باید بر اساس خواص حرارتی ماده در طول عمر مفید آن باشد. استاندارد کانادایی ULC-S770 مقاومت حرارتی طولانی مدت (LTTR ) یک محصول فوم را به عنوان مقدار اندازه گیری شده در شرایط آزمایشگاهی استاندارد پس از یک دوره نگهداری پنج ساله در آزمایشگاه تعریف می کند. این مقدار توسط یک آزمایش آزمایشگاهی شتاب یافته تعیین می شود و به جای دوره انتظار پنج ساله استفاده می گردد. مقاومت حرارتی (r-value ) معکوس ضریب k است. مقاومت در برابر جریان گرما را از طریق ضخامت واحد، مشخص می کند. مقاومت حرارتی (R-value ) مقاومت در برابر جریان گرمایی است که توسط یک لایه فوم با ضخامت خاص ارائه می شود. R-value با ضرب مقدار r در ضخامت فوم به دست می آید.
فرآیند پیری فوم های پلی یورتان به عوامل متعددی مانند ویژگی های شیمیایی و مورفولوژیکی فوم، نوع و برهمکنش عامل(های) فوم زا و ضخامت مواد بستگی دارد. حفظ عملکرد حرارتی اولیه فوم تا حد زیادی به ضخامت آن بستگی داشته، زیرا هوای محیط به زمان بیشتری برای رسیدن به تمام سلول های یک عایق ضخیم نیاز دارد.