В работе по снижению коэффициента теплопроводности, специалисты лаборатории ПрофХолод, «делают ставку» на работу с новыми видами вспенивателей.
Теплопроводность пены складывается из теплопроводности самого материала и теплопроводности газа, заключенного в ячейках (λпены = λполимера + λгаза). Чем ниже теплопроводность газа, заключенного в ячейках, тем ниже теплопроводность самого материала. Учитывая, что 90% объёма составляет газ, то условно теплопроводность материала – это теплопроводность газа. Нужно отметить, что кроме теплопроводности, вспениватель в ППУ системе решает еще ряд задач:
Кроме вспенивателя, на коэффициент теплопроводности влияет совокупность силиконовых поверхностно-активных веществ (ПАВ), вспенивателя и полиола. Такой компонент как ПАВ, влияет на размер, форму и градиент распределения ячеек. Так, при использовании разных ПАВ и их комбинаций, мы получаем различную структуру пены и, как следствие, разную теплопроводность.
Частично, коэффициент теплопроводности определяет количество используемого ПАВ. Его большое содержание в полиоле может привести к усадке (ухудшает физико-механические и теплотехнические характеристики), а недостаток – к высокому содержанию открытых ячеек.
«В микро и макро ячейках остаётся углекислый газ и физический вспениватель. Путём работы с разными ПАВ, мы изменяем размер ячеек и их количество в единице объёма пены, т.е. их объемное распределение. Стремясь к изотропии структуры (одинаковый размер и распределение), мы стремимся к идеальной математической модели распределения ячеек, и к их одинаковому размеру. Когда структура материала стремится к изотропии, мы получаем более низкие показатели по теплопроводности, т.к. теплопроводность - это передача энергии от атома к атому, от молекулы к молекуле, а при увеличении изотропности, увеличивается энергетическое равновесие, как в одной ячейке, так и в совокупности их. Соответственно, имея матрицу из ячеек неопределенного количества, и стремящихся к друг к другу, по своему энергетическому состоянию, внешним факторам (энергиям) тяжелее повлиять на такую систему, тяжелее передать свой импульс (температуру) через объём пены.
Если же мы будем двигаться в направлении анизотропии (обратно противоположному состоянию изотропии), при увеличении доли которой, микро и макро ячейки будут стремиться быть непохожими друг на друга, по-разному прилегать друг другу, иметь разную толщину стенок между друг другом, модель распределения энергии будет становиться всё менее эффективной (с точки зрения сохранения энергии), и, как следствие, будет больше подвержена внешним воздействиям, внешним энергиям (температуре), ускоряя процесс передачи её через всю структуру», - разъяснил специалист лаборатории Семён Гусев.
На данный момент, широко распространены три вида вспенивателей: алканы, ГФУ и вода. Самым популярным вспенивателем в производстве сэндвич панелей является алкан, а конкретнее - пентан, изопентан и их смеси, включая изомеры (органические вещества, состоящие из углерода и водорода). Под данные компоненты подстроены большинство химических систем, производящих сырье для непрерывного производства. Стремительное развитие промышленной химии отображается на открытии новых материалов и устаревании нынешних.
Ввиду новых требований рынка и направленности на экологичность, во всём мире ведутся работы по внедрению альтернативных видов вспенивателей, оказывающих минимальное воздействие на озоновый слой, а также имеющих низкий коэффициент теплопроводности.
В связи с этим, сотрудники лаборатории ПрофХолод, использующие на данный момент алканы, сконцентрировались на новых для компании вспенивателях - ГФУ и ГФО.
Фреон давно известен своим широким использованием в холодильной промышленности, как холодильный агент (хладагент). Благодаря фреонам (ГФУ), используемым в качестве совспенивателей, можно получить более мелкую ячейку, обуславливающую лучшие свойства по теплопроводности и физико-механическим характеристикам.
В мире проводятся активные исследования по разработке, изучению и совершенствованию вспенивателей. Так, американский производитель химических добавок, компания Honeywell, совместно с китайской ассоциацией производителей фреонов, создали новое вещество, относящееся к классу гидрофторолефинов. На данный момент, оно активно внедряется в Европе при производстве холодильного оборудования и напыляемых систем, показывая лучшие результаты по теплопроводности (до 15-20%). В Японии существуют ППУ системы, которые работают исключительно на воде в качестве вспенивателя. Это одно из решений Японии в качестве заботы об экологии.
Зачастую, компоненты, разработанные для одной области, используются в другой сфере. Например, французская компания Dehon, у которой есть две марки гидрофторолефинов, выпускает материал для холодильной промышленности. Изготавливаемый материал теоретически подойдет и для производства сэндвич панелей, а благодаря его низкой теплопроводности, их толщина может снизиться на 20%, без ухудшения свойств.
«Для получения низкой теплопроводности, необходимо использовать определенные ПАВ. После испытаний в лаборатории, будет необходимо произвести пробный запуск на производстве, тщательно изучить параметры продукта, а после переходить на промышленные объёмы. Немаловажным является технологический процесс переработки материалов на линии. При помощи новых компонентов, мы планируем выпустить продукт с коэффициентом теплопроводности 0,016 Вт/(м2*К), вместо существующих 0,022 Вт/(м2*К)», - поделился своими планами заведующий химической лабораторией Илья Евдокимов.
