Переваги спіненого каучуку.

Сучасний розвиток промислового виробництва в різних галузях народного господарства характеризується все більш широким використанням низьких температур. Якщо розглядати обсяги застосування ізоляційних матеріалів в залежності від температури ізольованих поверхонь (рис. 1), близько 15 % застосованої промислової ізоляції працює при негативних температурах від -14оС до -180оС.

Малюнок 1

До теплоізоляції, що працює при низьких температурах, пред'являються підвищені вимоги. Це пов'язано з тим, що при зниженні температур теплоносія різко зростає вартість вироблення холоду. Так, при зниженні температур від 260 до 100 До вартість вироблення холоду збільшується в 20 разів. І якщо теплоізоляційний матеріал не буде забезпечувати нормативних холодопотерь протягом досить довгого часу, то це спричинить за собою різке збільшення експлуатаційних витрат. Також від ефективності і довговічності низькотемпературної ізоляції, що працює в умовах високих потоків тепла і піддається інтенсивному зволоженню, безпосередньо залежить термін безаварійної експлуатації дорогого холодильного та кріогенного обладнання.

Найкращою ефективністю володіє вакуумна ізоляція. Потреба виникла у зв'язку з розвитком кріогенної промисловості і ракетної техніки. Сучасні засоби створення і підтримки глибокого вакууму (10-1 – 10-4 Па) дозволяють мати для таких систем коефіцієнт теплопровідності в 1000 разів менший, ніж у ізоляції, що працює при атмосферному тиску повітря

Найважливішою технічною характеристикою газонаповнених матеріалів, визначає їх теплозахисні властивості, є теплопровдоность (λ). Коефіцієнт теплопровдоности газонаповнених матеріалів складається з коефіцієнта теплопровдоности твердої фази (λтв), газу (λг), конвективного (λк) та радіаційної (λр) складових [12]. Найбільший внесок у теплопередачу вносить газова фаза, оскільки її об'ємний вміст перевищує 90%.

Аналізуючи дані таблиці 1, можна відзначити, що найменшою теплопровідністю мають вироби з пінополіуретану. Теплопровдоность мінеральної вати (у сухому стані) і пенокаучука вище незначно – на 3-8% відповідно. Деякі виробники пінополіуретанів заявляють для своїх виробів дуже низькі коефіцієнти теплопровідності, мотивуючи це тим, що для піноутворення використовуються гази з дуже низькими величинами λ. Однак, в результаті дифузії вспенівающий газ починає заміщатися на повітря, тому на практиці коефіцієнт теплопровдоности пінополіуретанів приймають рівним не менше 0,035 Вт/мК [1, 2]. Також, ґрунтуючись на результатах експериментальних даних, слід зазначити, що при низьких температурах (при - 100оС) теплопровідність пенокаучука не перевищує теплопровідності пінополіуретану.

Перевагу ніздрюватих теплоізоляційних матеріалів є ізольованість ГСЭ, що перешкоджає поширенню водяної пари в матеріалі. Як видно з таблиці 1, паропроникність пористих матеріалів від 10 раз (для пінополіуретанів і пінополістиролу) до 5000 разів (для пенокаучуков) нижче паропроникності пористоволокнистых.

В процесі експлуатації низькотемпературна атмосферна ізоляція схильна до прогресуючого зволоженню водяною парою, диффундирующим в неї з навколишнього повітря. Причому, так як ізоляція встановлюється на непроникну для пари металеву поверхню обладнання, то видалення вологи з неї неможливо. Досвід експлуатації низькотемпературної ізоляції показав, що значна її частина перебуває в незадовільному стані, причому за рахунок надмірного зволоження така ізоляція має наднормативні втрати холоду

Аналіз експериментальних даних показує, що при низькотемпературному застосуванні зволоження пористоволокнистых матеріалів в 4-5 разів інтенсивніше зволоження пористих матеріалів. Причому волога, проникаюча з навколишнього середовища в ізоляцію у вигляді пари, переходить (аблимируется) в твердий стан – іній – минаючи рідку фазу.

В наведені розрахункові формули по визначенню термічного опору ізоляції з урахуванням її зволоження. Однак, виконання розрахунків з використанням цих формул є досить трудомістким завданням, тому там розроблена наближена методика, що дає хорошу збіжність з експериментальними даними. Суть цієї методики полягає в обчисленні поправочного коефіцієнта, рівного відношенню термічного опору Rτ теплоізоляції через період експлуатації τ до термічного опору в початковий період часу (суха ізоляція) R.

 
Результати розрахунків поправочних коефіцієнтів у вигляді графіків для теплоізоляційних матеріалів з відкритими і закритими порами при експлуатації протягом 15 років наведено на рисунку 4.

Малюнок 4. Графіки для визначення коефіцієнта η на трубопроводах діаметром
менше 108 мм при терміні служби 15 років.
1 – теплоізоляція открытопористыми матеріалами; 2 – теплоізоляція закрытопористыми матеріалами.

Аналізуючи криві зміни поправочного коефіцієнта, можна відзначити, що при температурах -20оС волокнисті матеріали втрачають здатність опору хладопотерям більш ніж удвічі, а при температурах до -180оС їх застосування стає практично недоцільним. Закрытопористые матеріали при даних умовах експлуатації забезпечують опір теплопередачі в 1,6-2 рази краще капилярноволокнистых.

Також слід зазначити, що швидкість зволоження матеріалу є прямою функцією його паропроникності. Тобто, чим менше паропроникність теплоізоляції, тим з меншою інтенсивністю відбувається конденсація (аблимация) пари в зоні насичення:

q = f μ ,
Де:

qk – інтенсивність конденсації,
μm – коефіцієнт паропроникності.

Якщо порівнювати закрытопористые матеріали, то можна зробити висновок, що швидкість зволоження спіненого каучуку в 400 разів нижче швидкості зволоження пінополіуретану і пінополістиролу. І якщо допустити, що критична вологість пенокаучука дорівнює критичній вологості ППУ і ППС, то насичення пенокаучука аблимиованным пором буде відбуватися в 400 разів повільніше, що випливає з наступної залежності:
 

Де:
τн – час насичення зони аблимации,
Wкр – критична вологість матеріалу в % за об'ємом.

Тому зменшення термічного опору пенокаучука відбувається значно повільніше, ніж у матеріалів з більшою паропроникністю, і при низькотемпературному застосуванні каучукова теплоізоляція є найбільш ефективним рішенням з точки зору збереження нормативних хладопотерь. Останнім часом вироби зі спіненого синтетичного каучуку користуються всі
більшою популярністю. Це зумовлено сукупністю причин:

1. Досить низька теплопровідність, що забезпечує нормативні холодопотери при невеликій товщині.

2. Дуже низький коефіцієнт паропроникності (на два порядки нижче, ніж у пінополіуретанів), що забезпечує високу довговічність і ефективність роботи теплоізоляційного матеріалу, а також дозволяє використовувати теплоізоляційні конструкції без застосування пароізоляційного шару.

3. Нейтральний показник pH, що в сукупності з низьким зволоженням теплоізоляції зводить до нуля ризик корозії ізольованого обладнання.

4. Вироби зі спіненого синтетичного каучуку неподвержены ущільненню. Для порівняння, коефіцієнт ущільнення мінераловатних виробів (особливо з супертонкого волокна) коливається в межах від 1,2 до 3. Теплоізоляція зі спіненого каучуку не виділяють при експлуатації пилу і волокон. Тому при її проектуванні та використанні всередині приміщень допускається не встановлювати покривний шар. З цієї ж причини не існує обмежень при експлуатації каучукової теплоізоляції на об'єктах з підвищеними санітарно-гігієнічними вимогами до змісту пилу і волокон в повітрі приміщень (харчова промисловість, чисті кімнати тощо).

5. Каучукова теплоізоляція володіє дуже хорошою гнучкістю (у західній нормативної документації для ідентифікації каучукової теплоізоляції існує навіть такий термін, як «flexible elastomeric foam FEF» – гнучка recreation піна) а також розвинутим асортиментом готових виробів, у тому числі і з покриттями, у вигляді теплоізоляційних трубок різних діаметрів і товщини, листів і деталей для ізоляції фасонних поверхонь.

6. Чудова адгезія матеріалів до металу і до самих себе (в місці склеювання швів) при використанні спеціальних гумових клеїв роблять теплоізоляційну конструкцію надзвичайно міцною і практично герметичною.

7. Простота теплоізоляційної конструкції на основі каучукової теплоізоляції, в якій, як правило, не присутні пароізоляційні і покривні шари, а як
кріпильних елементів використовуються лише контактний клей і зручні самоклеючі
стрічки, а також швидкість і простота прийомів монтажу, обумовлені гнучкістю матеріалу і наявністю широкого асортименту готових виробів, роблять каучукову теплоізоляцію на сьогоднішній день самим технологічним матеріалом, застосовуваним для промислової теплоізоляції.

Підводячи підсумок, можна сказати, що теплоізоляційні вироби зі спіненого синтетичного каучуку володіють унікальною сукупністю теплофізичних, технологічних і експлуатаційних властивостей. Тому ми постараємося в подальших публікаціях детальніше зупинитися на аспектах проектування, монтажу та експлуатації даного виду теплоізоляції для низькотемпературного застосування.