استفاده از فوم های پلی یورتان کاربردی در ساختمان ها:

فوم های اسپری پلی یورتان (SPF ) حدود چهل سال پیش معرفی شدند و به خوبی در صنعت ساخت و ساز مورد استفاده قرار گرفتند. در حالی که به اندازه فوم بلوکی پیش ساخته مورد استفاده قرار نمی گیرند، دارای خواصی هستند که می توان از آن ها در کاربردهای خاص استفاده کرد. آن ها به خوبی به سطوح تمیز و خشک می چسبند و به راحتی روی اشکال پیچیده اعمال می گردند. آن ها همچنین از نظر حرارتی کارآمد بوده و می توان آن ها را در هر ضخامتی اسپری کرد تا مقاومت حرارتی مورد نظر را ایجاد کند. علاوه بر این، فوم های پلی یورتان به عنوان موانع هوا موثر هستند. در دسترس بودن آن ها در تراکم های مختلف به این معنی است که می توانند مقاومت مکانیکی بیشتری مانند: مقاومت فشاری و مقاومت در برابر ضربه را در صورت تمایل ایجاد کنند. علاوه بر استفاده در ساختمان ها، SPF ها همچنین به طور موفقیت آمیزی برای عایق کاری مخازن ذخیره سازی، کانال ها و لوله های گرمایش منطقه ای استفاده شده اند.

انواع فوم های پلی یورتان کاربردی:

فوم اسپری معمولی از دو جزء تشکیل شده است: یک ترکیب پلی ایزوسیانات و یک ترکیب پلی هیدروکسیل. دومی حاوی عوامل فوم زا بوده که به فوم اجازه انبساط می دهد و سایر افزودنی ها مانند تثبیت کننده ها برای جلوگیری از پوسیدگی فوم است. این دو ترکیب به طور جداگانه به یک تفنگ اسپری، پمپ می شوند. محصولات فوم معمولاً مستقیماً روی سطحی که قرار است عایق یا آب بندی شود اعمال می گردند. فوم های پلی یورتان بر اساس مقاومت فشاری طبقه بندی می شوند. جدول ۱ چگالی تقریبی گرفته شده از قسمت میانی فوم (هسته) را نشان می دهد که احتمالاً استحکام مورد نظر را برای کاربردهای مختلف فراهم می کند.
فوم های با چگالی فوق العاده بالا (SHD ) و فوم های با چگالی بالا (HD ) عمدتاً به عنوان عایق حرارتی در کاربردهای سقف با حداقل ضخامت توصیه شده ۴۰ میلی متر استفاده می گردند. این فوم ها به اندازه کافی قوی و بادوام بوده تا در شرایط معمولی مقاومت کنند. انتخاب صحیح بین فوم با چگالی “فوق العاده بالا” و “چگالی بالا” به شرایط آب و هوایی بستگی دارد. فوم های با چگالی متوسط (MD ) هم در بنایی و هم در ساخت قاب استفاده می گردند. فوم باید بتواند تمام یا بخشی از بار باد و همچنین حرکات ساختاری را تحمل کند. زمانی که انتظار می رود این بارها کوچک باشند، می توان از نوع کم چگالی (LD ) استفاده کرد. فوم LD نسبت به نوع MD نفوذپذیرتر به بخار است و به عنوان یک کندکننده بخار واجد شرایط نیست. فوم با کیفیت خوب باید دارای ویژگی های زیر باشد:

  1. چگالی بین ۲۷ کیلوگرم بر متر مکعب و ۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب
  2. درصد سلول های بسته بین ۶۰ تا ۹۰ درصد
  3. مقاومت فشاری بین ۴۰ تا ۸۰ کیلو پاسکال

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.

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *