ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ ПЛИТА

Полезная модель относится к строительству и предпочтительно предназначена для изготовления элементов сборно-разборной оболочки для теплоизоляции труб, работающих в условиях разницы температур транспортируемого вещества и окружающей среды, также могут использоваться и сами плиты. В контексте данной заявки термин «плита» применен как к плитам традиционной формы (толстый плоский лист прямоугольной формы), так и изогнутым формам (фрагментам оболочек), гладким и обработанным.
Общеизвестны пенополистирольные плиты, используемые для теплоизоляции, полученные путем наполнения расплава полистирола вспенивающим агентом в сочетании с другими добавками, например, нуклеатора и стабилизатора пены, методом экструзии со вспениванием [см. информацию в сети Интернет по адресу http://www.ssk-inform.ru/Katalog_main/article/Magaz.asp?p=l&GIF=tim92.gif&id=2082]. Показатели свойств известных плит (плиты Styrodur - производитель компания BASF AG; плиты Styrofoam, Roofmate, Floormate -производитель компания DOW Chemical; плиты URSA FOAM, URSA XPS -производитель компания URSA), такие как коэффициент теплопроводности, плотность, прочность на сжатие и т.д. регламентируются соответствующей нормативной документацией, например EN 13164; для российских производителей - ГОСТ 7076-94, 17177-94. В зависимости от назначения плиты, она имеет тот или иной набор физико-технических показателей.
Задача, решаемая полезной моделью - расширение арсенала средств, а именно создание изделия, преимущественно предназначенного для теплоизоляции газонефтепроводов, эксплуатируемых в условиях крайнего Севера.
Технический результат - придание объекту сбалансированного комплекса физико-технических показателей: низкий коэффициент теплопроводности - 0,025-0,3 Вт/(м*°С), высокие прочностные показатели (прочность при сжатии при 10% линейной деформации - не менее 0,5МПа), низкое водопоглощение (за 30 суток не более 0,4%), морозостойкость - водопоглощение после 1000 циклов «замораживание-оттаивание» не превышает 3-5%, стойкость к гниению и
возникновению плесени; при обеспечении визуальной информативности об опасности объекта - выделении его определенным цветом.
Установлено, что необходимый комплекс физико-механических показателей, необходимый для применения теплоизоляционных пеноизделий на Крайнем Севере, достигается за счет морфологии ячеистой структуры экструдированной пенополистирольной плиты, а визуальная информативность - оранжевым цветом окраски изделия.
Общеизвестна пятицветная шкала безопасности Риджа, применяемая в США и других странах, которую можно считать международной (информация размещена в сети Интернет на сайте http://www.itogi.ru/Paper2004.nsf/Article/Itogi_2004_10_19_09_1833.html). Согласно этой шкале уровень опасности №4 (высокий), обозначается оранжевым цветом. Этот цвет говорит о необходимости принять дополнительные меры, т.к. есть угроза. Очевидно, что теплоизоляция газопроводов, эксплуатируемых в условиях Севера должна иметь предупредительную окраску, свидетельствующую о повышенной опасности объекта.
Заявляемая экструдированная теплоизоляционная пенополистирольная плита, имеет структуру с равномерно распределенными газонаполненными ячейками, от прототипа плита отличается тем, что имеет поверхностный упрочняющий слой толщиной 200-800 мкм, имеющий коэффициент анизотропии не более 0,4, внутренний объем представляет собой закрытую ячеистую структуру со средним размером ячеек 50-150 мкм, с коэффициентом анизотропии не менее 0,85, при этом плита содержит краситель, окрашивающий ее в оранжевый цвет.
Наиболее хорошие результаты достигается, когда степень целостности полистирольных мембран составляет - 95-98%, а степень целостности каркаса (ребер) ячеек - 90-100%.
Заявленная плита изготавливается путем наполнения расплава полистирола вспенивающим агентом в сочетании с другими добавками, например, нуклеатора и стабилизатора пены, методом экструзии со вспениванием. В исходную композицию добавлен краситель, например, жирорастворимый, окрашивающий плиту в оранжевый цвет. Размеры плит, используемых, в частности, для
теплоизоляции трубопроводов могут составлять: длина 1200-4500 мм, ширина 60-600 мм, толщина 20-150 мм.
Полезная модель иллюстрируется Фигурой, на которой представлен срез экструдированной теплоизоляционной пенополистирольной плиты под микроскопом. На Фигуре видна структура плиты вблизи поверхности. Видно, что внутренний объем имеет структуру с равномерно распределенными газонаполненными ячейками. Средний размер (диаметр) закрытых ячеек составляет 50-150 мкм, форма ячеек близка к сферической, коэффициент анизотропии - не менее 0,85, в среднем 0,90-0,95.
Поверхностный слой плиты более плотный, в частности за счет того, что форма газонаполненных ячеек приплюснутая, коэффициент анизотропии не более 0,4, в среднем 0,1-0,3. Толщина поверхностного слоя, в зависимости от технологических режимов вспенивания и экструзии может колебаться в пределах 200-800 мкм.
Более детальный анализ структуры показал, что степень целостности полистирольных мембран составляет - 95-98%, степень целостности каркаса (ребер) ячеек - 90-100%. Надмолекулярная структура полистирольных мембран - глобулярно-фибриллярная: размер глобул 0,3 мкм, длина фибрилл 1,5 мкм, ширина 0,2 мкм.
Исследования физико-технических свойств плиты показали, что комплекс характеристик находится в пределах, позволяющих использовать изделие для теплоизоляции трубопроводов, эксплуатируемых в условиях Крайнего Севера, а именно, коэффициент теплопроводности составляет - 0,025-0,3 Вт/(м*°С), прочность при сжатии при 10% линейной деформации - не менее 0,5 МПа, водопоглощение за 30 суток не более 0,4%, а также очень важный показатель для данного конкретного случая - морозостойкость - водопоглощение после 1000 циклов «замораживание-оттаивание» не превышает 3-5%.
Эксперименты показали, что уменьшение толщины поверхностного слоя (меньше 200 мкм, за счет изменения технологических режимов изготовления) приводит к снижению надежности защиты трубопроводов от механических повреждений. С другой стороны, увеличение толщины поверхностного слоя
(свыше 800 мкм) приводит к ухудшению теплоизолирующих свойств и утяжелению плит. Допустимый верхний предел коэффициента анизотропности также выявлен экспериментально, т.к. он влияет на плотность получаемых плит. Размер ячеек внутреннего объема и форма ячеек также существенно влияет на комплекс свойств. Для экструдированной пенополистирольной плиты со структурой ячейки: средний размер ячеек в диапазоне 50-150 мкм и коэффициент анизотропии не менее 0,85, установлена сбалансированность оптимальных физических и механических свойств с минимально достижимой плотностью пенопласта.
Требуемый оранжевый цвет создается применением жирорастворимых красителей. Эти красители плавятся при температуре около 70-80 град.
Во время процесса получения плиты эти красители регулируют ячеистую структуру плиты из-за пластифицирующего действия на полистирол. Для получения качественной плиты с равномерной ячеистою структуру, необходимо наличия 0,1-0,5% красителя в плите.
При этом, очень важно, что оранжевый цвет плит теплоизоляции виден издалека, а, следовательно, издалека видно предупреждение об опасности объекта.