xимические процессы при производстве ППУ изоляции

Тепловая изоляция трубопроводов с использованием в качестве теплоизолятора современного полимерного пенопласта – пенополиуретана (ППУ) по ГОСТ 30732-2020 "Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана с защитной оболочкой" производится по технологии «труба в трубе» с применением специального производственного оборудования исключительно в заводских условиях и основывается на способности смешения разнородных полимерных масс и получения материала с новыми физико-химическими характеристиками из исходных полимерных компонентов.

Смешении компонентов полиола (А) и полиизоционата (Б) происходит с образованием мелкодисперсной эмульсии в смесительной головке заливочной машины (ЗМВД) за счет встречного соударения мелких частиц под высоким давлением от 100 до 180 атм. Из-за протекающей в процессе перемешивания химических компонентов экзотермической реакции смеси происходит нарастание вязкости и повышение температуры пенной основы получаемого жесткого ППУ. При достижении температуры более 25-28°С начинается интенсивное газообразование и вспенивание полимерной композиции, которое фиксируется как время старта компонентов при изоляции труб ППУ. Данный показатель является одним из базовых при реализации той или иной технологии формования пенополиуретана и получения жесткого теплоизолятора ППУ.

Рост вязкости получаемой таким образом смеси пенополиуретановой системы и наличие в ней кремнийорганического пеностабилизатора стабилизирует процесс газообразования, являющегося также важным составным элементом получения качественного теплоизоляционного материала, сочетающего в себе прочность, легкость, низкое водопоглащение и как итог данных показателей – низкий коэффициент теплопроводности, делающий жесткие пены ППУ крайне эффективным теплоизоляционным материалом. Дополнительный рост пузырьков возможен также в результате реакции полиизоцианата с влагой воздуха. Протекающие химические реакции ведут к образованию трехмерной полимерной структуры, которая в процессе заполнения отведенных ей пустот создает жесткие конструкции (например «труба в трубе» за счет прочного сцепления между собой стальной трубы и защитной наружной оболочки из полиэтилена или стали. Начало образования единой полимерной структуры фиксируется как время гелеобразования, после чего механические перемещения, встряхивания и иные воздействия на трубную сборку могут привести к резкому снижению качества теплоизоляционного слоя затвердевающего ППУ пенопласта. Для этого труба в ППУ изоляции выдерживается некоторое время сначала на заливочном столе, а потом на специальных стеллажах-накопителях.

В этот момент в слабосшитой полимерной матрице имеется большое количество непрореагировавших функциональных групп и их разрушение может снизить качественные характеристики получаемых жестких ППУ. Последующая полимеризация вспененного пенополиуретана характеризуется временем отлипа (потеря липкости поверхностью пенопласта) и время заполнения пенопластом пространства между трубой и оболочкой (время окончания подъема пенопласта). Отмеченные процессы протекают на начальной стадии формования жесткой пены ППУ и закладывают основные характеристики получаемого в процессе заливки теплоизоляционного материала.

Основной параметр технологического процесса (время гелеобразования) определяется в основном количеством вводимого в систему катализатора, добавляемого обычно в компонент Б. Основные параметры процесса получения ППУ зависят от типа и количества катализатора, а также качества исходных компонентов ППУ. С точки зрения химии процессы отверждения в предизолированных трубах завершаются через несколько часов после заливки. Механические релаксационные процессы завершаются только через несколько суток. Поэтому теплоизолированные стальные трубы (особенно больших диаметров с большим физическим объемом полученного теплоизолятора рекомендуется выдерживать дольше труб ППУ малых диаметров.