W niniejszej publikacji omówiono materiały izolacyjne używane w technice chłodniczej i klimatyzacyjnej oraz dokonano przykładowego przeglądu istniejących i stosowanych rodzajów izolacji. Artykuł jest kontynuacją, zapoczątkowanego we wcześniejszej publikacji, tematu, który dotyczył materiałów izolacyjnych a głównie określenia wymiany ciepła i masy podczas ich konstruowania. Sprawność procesów technologicznych i dłuższa żywotność maszyn w dużej mierze zależy od jakości i skuteczności izolacji termicznej. Poniżej przedstawiono najczęściej stosowane materiały izolacyjne w technice chłodniczej i klimatyzacyjnej. Rodzaje materiałów izolacyjnych Materiały izolacyjne stosowane w przemyśle chłodniczym i klimatyzacyjnym możemy podzielić na [2]: - naturalne materiały organiczne, - włókna mineralne, - tworzywa sztuczne, - izolacje polistyrenowe, - izolacje poliuretanowe, - izolacje kauczukowe, - izolacje polietylenowe, - szkło piankowe. Materiały organiczne W początkowym okresie rozwoju techniki chłodniczej stosowano jako materiały izolacyjne 1 / 5
szereg tanich, naturalnych produktów, między innymi: konopie, słomę, trzcinę, celulozę, trociny, torf, żużel oraz korek. Ostatni wymieniony materiał jeszcze do dnia dzisiejszego jest cenionym materiałem używanym m.in. do termicznej izolacji podłóg komór chłodniczych. Korek otrzymuje się z kory dębów korkowych, uprawianych w Hiszpanii, Portugalii i Afryce Północnej. Zmielony ze słomą, jako lepiszczem, przerabiany jest na płyty i pokrycia. Korek jest z natury wodoszczelny, posiada dużą wytrzymałość na ściskanie (300 500 kpa). Włókna mineralne Wełna mineralna (wełna kamienna) Używana jest w budownictwie do izolacji termicznych i akustycznych ścian zewnętrznych i wewnętrznych, stropów i podłóg, dachów i stropodachów oraz ciągów instalacyjnych. Także jako rdzeń izolacyjno-konstrukcyjny budowlanych płyt warstwowych. Obecnie wełnę mineralną produkuje się zazwyczaj z kamienia bazaltowego, który topi się w temperaturze +1400oC. Po stopieniu poddaje się go procesowi rozwłóknienia. Do tak powstałych włókien kamiennych dodawane jest lepiszcze. Włókna poddaje się również procesowi hydrofobizacji, w wyniku czego, produkty z wełny mineralnej nie chłoną wody. Otrzymany materiał, jako wyrób stosowany jest w postaci płyt, filcy, mat, otulin lub luzem. Ciężar objętościowy w zależności od wyrobu waha się od 20 kg/m3 dla wełny mineralnej w postaci granulatu (luzem) do 180 kg/m3 dla najtwardszych płyt. Wełna szklana Stosowana jest w temperaturach do +700oC. Właściwości, technologia produkcji i zastosowanie są podobne jak w przypadku wełny mineralnej. Otrzymywana jest w wyniku topienia w temperaturze +1000oC piasku kwarcowego, stłuczki szklanej z dodatkiem skał takich jak: garbo, dolomit lub wapień. Roztopiony surowiec poddaje się procesowi rozwłókniania, do otrzymanych włókien dodaje się lepiszcze. Wyrób w postaci płyt, mat, otulin (mat lamelowych, czyli mat oklejonych impregnowanym papierem, folią aluminiową), granulatu (luzem) stosuje się do izolacji termicznej i akustycznej w budownictwie. Ciężar objętościowy wynosi od 20 do 150 kg/m3. Obecnie w technice chłodniczej włókna mineralne zastępowane są przez różnego rodzaju tworzywa sztuczne. Materiały izolacyjne z tworzyw sztucznych Izolacje polistyrenowe Do izolacji tych należy pianka polistyrenowa (styropian polska nazwa handlowa dla 2 / 5
polistyrenu ekspandowanego). Styropian jest to porowate tworzywo sztuczne otrzymane poprzez spienienie granulek polistyrenu zawierających porofor (np. eter naftowy). Spienienie uzyskuje się przez podgrzanie granulek zazwyczaj parą wodną. Produkt składa się z zamkniętych komórek o obłych kształtach, wewnątrz których znajduje się pianka polistyrenowa. Komórki są ze sobą połączone i występują między nimi niewielkie pustki powietrzne (ich ilość i wielkość zależy od gęstości materiału), co uwidacznia się na przełomie styropianu. Jest to materiał lekki (od ok. 10 40 kg/m3), odporny na wilgoć, ma wysoką wytrzymałość wynoszącą od 100 200 kpa, termoizolacyjny w zakresie temperatur: od 100 do +80 C. Wykorzystywany jest w budownictwie mieszkaniowym oraz jako rdzeń przy produkcji dużych samonośnych płyt warstwowych stosowanych do budowy chłodni i do izolacji rurociągów, jak również, ze względu na elastyczność, do izolacji pojazdów chłodniczych. Podczas innej technologii produkcji z polistyrenu, otrzymuje się polistyren ekstrudowany. W takim wypadku proces produkcji polega na zmieszaniu granulek polistyrenu z dodatkami zmieniającymi jego barwę, poprawiającymi odporność na ogień itp. w maszynie do jego wytwarzania. Produkt poddaje się działaniu wysokiej temperatury i ciśnienia. Do tak przygotowanego surowca dodatkowo wtłacza się gaz, który powoduje spienienie granulek polistyrenu. Otrzymana masa wydostaje się przez szczeliny do formowania na zewnątrz, gdzie następuje jej rozprężenie (spada ciśnienie mieszanki do poziomu ciśnienia atmosferycznego, przez co masa zwiększa wielokrotnie swoją objętość). Struktura otrzymanego materiału jest jednorodną pianą, o komórkach w formie wielościanów o nieregularnych kształtach i rozmiarach, ściśle przylegających do siebie. Brak osłabień pomiędzy poszczególnymi komórkami powoduje większą niż w przypadku styropianu wytrzymałość mechaniczną i podniesienie parametrów izolacyjności termicznej [2]. Rys. 1. Schemat kompozytu wielowarstwowego z pojedynczą szczeliną powietrzną (3 warstwowy) po lewej. Po prawej rysunek przestrzenny przegrody Izolacje poliuretanowe ( ) 3 / 5
Izolacja polietylenowa ( ) Izolacja kauczukowa ( ) W tabeli 1 przedstawiono zestawienie najczęściej używanych materiałów izolacyjnych przewodów chłodniczych i klimatyzacyjnych. Płyty warstwowe Komory chłodnicze i mroźne są montowane z odpowiednio przygotowanych elementów bez konieczności stosowania specjalnych narzędzi. Izolacja cieplna komór jest wykonana z pianki poliuretanowej a powierzchnie zewnętrzne ściany z blachy ocynkowanej pokrytej tworzywem sztucznym oklejonym folią ochronną. Dobrym przykładem mogą być płyty warstwowe firmy Balex Metal BALEXTHERM CH (rys. 3, tabela. 2). Kilka słów o recyklingu pianek poliuretanowych Masowa produkcja wyrobów z pianek poliuretanowych powoduje wzrost ilości odpadów w procesie przetwórstwa oraz zwiększenie ilości wyrobów zużytych, które najczęściej trafiają na wysypiska lub porzucane są w lasach i na terenach zielonych. Obecne przepisy prawne z zakresu gospodarki odpadami i ochrony środowiska oraz wzrost kosztów składowania stymulują wytwórców odpadów do poszukiwania rozwiązań alternatywnych w stosunku do składowania. Z tych względów coraz większego znaczenia nabiera traktowanie odpadów pianki poliuretanowej jako surowców wtórnych, ponowne ich przetworzenie i wykorzystanie, czyli recykling. Recykling pianek poliuretanowych jest ważny ze względu na możliwość obecności w porach niektórych substancji z grupy freonów (chlorofluoropochodne metanu lub etanu). Freony mają małą gęstość i uwolnione z porów przenikają do górnych warstw stratosfery, gdzie pod wpływem promieniowania UV następuje rozkład cząsteczki freonu z wydzieleniem chloru, który z kolei katalizuje rozkład ozonu. Jedna cząsteczka np. freonu R11 (CHCl3) rozkłada 4 cząsteczki ozonu. Tak wiec freony są głównym antropogennym składnikiem atmosfery, odpowiedzialnym za ubytek ozonu w wyższych warstwach. W krajach, w których realizuje się politykę maksymalnego zagospodarowania odpadów (Europa Zachodnia i USA), przetwarzanie odpadów pianek na wyroby użyteczne jest już powszechnie stosowane. Mogą one stanowić również surowiec do produkcji nowych wyrobów lub być częściowym zamiennikiem surowca oryginalnego. wydanie 5/2007 4 / 5
CZYTAJ CAŁOŚĆ, ZAMÓW PRENUMERATĘ: TRADYCYJNĄ E-WYDANIE 5 / 5