کاوش در اعماق دنیای عایق الاستومریک

مواد عایق انعطاف پذیر سلول بسته، برای اولین بار بیش از ۵۰ سال پیش معرفی شدند. از آن زمان تاکنون، این گروه از مواد عایق به طور چشمگیری پیشرفت و رشد کرده و به شکل انواع محصولات مختلف ارائه شده اند.

عایق های الاستومریک در جلوگیری از اتلاف انرژی (انتقال گرما) در سیستم های سرمایش، تهویه مطبوع و آب مصرفی بسیار موفق عمل کرده اند. همچنین در کاربردهای مختلف، از آب گرم خانگی گرفته تا تجهیزات اصلی موتورخانه و تهویه مطبوع مانند چیلرها و هوارسان ها استفاده می شوند.

صرفه جویی در مصرف انرژی و حفاظت از منابع طبیعی

عایق الاستومری از محصولات مهم جلوگیری از اتلاف انرژی می باشد. از مباحث ثانویه در مقوله صرفه جویی در مصرف انرژی و حفاظت از منابع طبیعی، بحث کاهش تولید گازهای گلخانه ای و تأثیرات ناشی از اتلاف انرژی در این زمینه است.

عایق های سلول بسته در واقع عایق های تشکیل شده از سلول های منفرد کوچک جدا شده از یکدیگر هستند. محصولات سلول بسته ممکن است بر پایه پلیمرهای الاستومری، فیبرهای شیشه ای یا حباب دار پلی الفین، پلی استایرن یا پلی یورتان باشند.

مواد تولیدی عایق الاستومری

اصطلاح مواد عایق سلول بسته انعطاف پذیر، در حقیقت طیف وسیعی از محصولات را تعریف می کند. ترکیب ویژگی های ذاتی عملکرد یک ساختار سلول بسته با یک ماده انعطاف پذیر، محصولی را ایجاد می کند که برای بسیاری از عملکردها مناسب بوده و نتایج قابل قبولی را به کاربر نهایی ارائه می دهد.

مواد عایق سلول بسته انعطاف پذیر به دو دسته کلی تقسیم می شوند: بر پایه الاستومر یا بر پایه پلی الفین. ابتدا محصولات بر پایه  الاستومر و سپس محصولات بر پایه پلی الفین مورد بحث قرار می گیرند.

توضیحات کلی در مورد عایق های بر پایه الاستومر

محصولات الاستومری معمولاً بر اساس ترکیبی از پلی وینیل کلراید (PVC) و لاستیک نیتریل بوتادین (NBR) ساخته می شوند که با استفاده از یک عامل حباب ساز شیمیایی ساخته می شوند. مراحل اساسی پردازش در تولید محصولات الاستومری شامل مخلوط کردن، اکستروژن یا شکل دادن و گرم کردن یا پخت است. در طی مرحله حرارت دهی، قسمت الاستومری محصول به هم متصل می شود، سپس عامل حباب ساز شیمیایی تجزیه شده و در درجه اول گاز نیتروژن تولید می کند.

اولین محصول عایق بر پایه الاستومر

اولین محصول از این نوع به شکل صفحه ای، برای استفاده به عنوان ماده عایق در دهه ۱۹۳۰ تولید شد. در اواخر دهه ۱۹۴۰، این مواد به شکل صفحه ای و به شکلی مشابه آنچه امروزه مورد استفاده قرار می گیرد، به استثنای آنهایی که از طریق فرایند قالب گیری تولید می شوند، برای استفاده توسط ارتش جهت استفاده در عایق بندی مورد استفاده قرار گرفتند.

اولین عایق های الاستومریک لوله ای در دهه ۱۹۵۰ تولید شدند. محصولات رولی در ابتدا با شکافتن یک لوله بزرگ ساخته می شدند اما امروزه به صورت تخت اکسترود می شوند.

ترکیبات عایق های بر پایه الاستومر

اکثریت قریب به اتفاق محصولات الاستومری بر اساس یک ترکیب پلیمری لاستیکی PVC/NBR ساخته می شوند. محصولات الاستومری استاندارد حاوی PVC و سایر مواد حاوی هالوژن ها هستند که اشتعال پذیری محصول را افزایش می دهند. اخیراً کلاس جدیدی از محصولات الاستومری معرفی شده اند، این دسته از مواد جدید مبتنی بر PVC نیستند بلکه در ساخت آنها از سایر ترکیبات پلیمری فاقد هالوژن استفاده می شود. این ترکیبات مشکلات احتمالی مرتبط با محصولات حاوی هالوژن مانند دود خورنده تولید شده هنگام سوختن محصول را از بین می برند.

ویژگی عایق بر پایه الاستومر

محصولات الاستومری دارای انعطاف پذیری عالی، انتقال بخار آب کم، و ویژگی های اشتعال مطابق با الزامات استانداردهای ساختمانی هستند. ویژگی های دیگری که به طور کلی از این ترکیب پلیمری حاصل می شود مقاومت خوب در برابر روغن و ازن و قابلیت چسبندگی و پوشش پذیری عالی است. اگرچه تمام محصولات الاستومری سلول بسته خصوصیات فیزیکی بسیار مشابهی دارند، اما می توان طیف وسیعی از مواد افزودنی (مواد پرکننده، نرم کننده ها، مهارکننده های شعله و …) را برای تقویت خصوصیات فیزیکی محصول به آن اضافه کرد.

از محصولات عایق الاستومری برای جلوگیری از چگالش در تبرید و گرمایش، تهویه، تهویه مطبوع و … استفاده شده است. در محدوده دمایی اعلام شده، محدودیت های کمی برای استفاده از این محصولات وجود دارد که مانع استفاده از آنها می شود. می توان از آنها برای عایق کاری خطوط لوله کشی (آب سرد و گرم)، لوله ها و سایر تجهیزات فنی، عایق کاری کانال ها و سیستم های گرمایش و آب گرم استفاده کرد.

توضیحات کلی در مورد عایق های بر پایه پلی الفین

یک شرکت ژاپنی (Sekisui)، اولین بار در دهه ۱۹۶۰ مواد پلی الفین سلول بسته انعطاف پذیر را معرفی کرد. اولین محصولات لوله ای پلی الفین توسط ترموفرمینگ ورق پلی الفین به شکل لوله ای تولید شد. این روند هنوز در بعضی از نقاط جهان مورد استفاده قرار می گیرد.

مواد اولیه عایق بر پایه پلی الفین

مواد عایق بر پایه پلی اولفین با فناوری ساخت کاملاً متفاوتی نسبت به سایرمواد الاستومری ساخته می شوند. با تکیه بر ماهیت ترموپلاستیک (نقطه ذوب) رزین پایه پلی الفین ساختاری را در اطراف یک عامل حباب ساز فیزیکی (گاز) ایجاد می کند که در ماتریس پلیمری مخلوط شده است.
مواد اولیه مستقیماً به دستگاه اکسترودر وارد می شوند. اکسترودر هنگام انتقال مواد به جلو، مواد را مخلوط و ذوب می کند. عامل حباب ساز فیزیکی تحت فشار زیاد به این مخلوط اضافه می شود. عوامل حباب ساز فیزیکی، گازها یا ترکیبی از گازهایی مانند هیدروکلرو فلوروکربن(HCFC) ، هیدروفلوئوروکربن (HFC) یا هیدروکربن (به عنوان مثال ایزوبوتان) هستند. با خارج شدن مخلوط از اکسترودر از طریق قالب و با فشار بالا، ماده سلولی توسط عامل حباب ساز منبسط شده و پس از تشکیل شکل نهایی سرد می شود.

این محصولات معمولاً در دمای محیط خنک شده و به طول های مورد نیاز بریده می شوند. پلی الفین ها یک خانواده گسترده از پلیمرها شامل پلی اتیلن، پلی بوتیلن و اتیلن وینیل استات هستند. اکثر مواد عایق بر پایه پلی الفین حاوی مقادیر جزئی مواد افزودنی برای بهبود حفاظت در برابر اشعه ماوراء بنفش، انعطاف پذیری بیشتر یا محدود کننده شعله هستند. خصوصیات فیزیکی عمومی پلی الفین ها شامل انعطاف پذیری بسیار خوب در دمای پایین، انتقال کم بخار آب و مقاومت شیمیایی عالی در برابر اسیدها است.

مواد عایق پلی الفین برای مواردی مانند لوله کشی (آب سرد و گرم)، لوله ها و تجهیزات فنی در زیر زمین و کاربردهای دمای پایین توصیه می شوند، اما کل کاربرد آنها محدود به این موارد نیست.

مقایسه محصولات الاستومری و پلی الفین

محصولات عایق الاستومری و پلی الفین اگرچه توسط دو فرآیند مختلف تولید شده اند، به دلیل ساختار سلول بسته، دارای بسیاری خصوصیات فیزیکی مشابه هستند.
هر دو محصول غیر الیافی، بدون گرد و غبار و غیر سمی هستند. در فرایندهای تولید هیچ یک از این محصولات از CFC ها استفاده نمی شود. این محصولات فاقد هرگونه مواد اولیه مبتنی بر لاتکس یا فرمالدئید هستند.
به دلیل ساختار سلول بسته، هر دو محصول از ویژگی های انتقال حرارت و بخار آب بسیار عالی برخوردار هستند. مقاومت در برابر فشار و فشردگی نیز در نتیجه ساختار سلول بسته آنها ایجاد می شود.
محصولات سلول بسته به راحتی آلودگی و رطوبت را به دام نمی اندازند و در خود ذخیره نمی کنند، و بنابراین نگرانی های مربوط به رشد کپک و باکتری را از بین می برند. سطح مواد در برابر فرسایش توسط هوا حساس نیستند و آنقدر بادوام هستند که قابل پاکسازی و تمیز کاری باشند.

تفاوت اصلی بین محصولات الاستومری و پلی الفین

تفاوت موجود در این محصولات بیشتر در بخش های محدوده عملکرد دمایی، خاصیت ارتجاعی و سوختن است. این اختلافات ناشی از پلیمرهای سازنده و فرآیندهای تولید این محصولات است. عایق حرارتی برودتی الاستومری بصورت پیوندی است (ترموست) در حالی که محصولات عایق پلی الفین ترموپلاستیک هستند.
در مواجهه با دمای بسیار بالا، عایق الاستومری ذوب نمی شود اما تحت پیوند تدریجی و پیوند عرضی قرار می گیرد که منجر به سخت شدن محصول می شود. با این حال، محصول همچنان خواص هدایت حرارتی خود را حفظ می کند و فقط انعطاف پذیری را از دست می دهد که عملاً پس از نصب، نگرانی عمده ای نیست.
عایق های پلی الفین دارای خصوصیات دمایی دقیقی هستند که دامنه دمایی مجاز استفاده از آنها را محدود می کند. عایق های پلی الفین گرمانرم هستند و در نتیجه، وقتی در معرض دمای بالا (بالای ۲۰۰ درجه فارنهایت) قرار بگیرند، نرم شده و تغییر شکل می دهند و در دمای ۲۲۰ درجه فارنهایت یا بالاتر، حتی برای مدت زمان کوتاه، ذوب می شوند، در نتیجه یک خرابی فاجعه بار ایجاد می شود.

به دلیل وجود این خطر، در هر سیستمی که احتمال نزدیک شدن سیستم به نقطه ذوب عایق وجود دارد (مانند خطوط گرمایش و آب گرم)، نباید از عایق پلی الفین استفاده شود.

محصولات عایق الاستومری نسبت به مواد پلی الفین در دمای ۷۵ درجه فارنهایت انعطاف پذیرتر هستند. این مسأله انعطاف پذیری دارای دو پیامد کاربردی است: اول برای استفاده های کشویی و دوم در تنش های ایجاد شده در چرخه های انبساط و انقباض مداوم که می توانند باعث انبساط و انقباض عایق تا ده درصد شوند.

تفاوت محصولات الاستومری و پلی الفین در برابر آتش

مواد عایق الاستومری و پلی الفین استاندارد که به عنوان عایق های تجاری استفاده می شوند، هنگامی که بر اساس روش استاندارد آزمون برای ویژگی های سوختن سطحی مصالح ساختمانی مورد آزمایش قرار می گیرند دارای درجه بندی آتش ۲۵/۵۰ برای ضخامت یک اینچ و پایین تر از آن هستند. با این حال، ویژگی های سوختن آنها به طور قابل توجهی متفاوت است و ممکن است در انتخاب یک محصول برای یک کاربرد خاص مورد توجه قرار گیرد.
محصولات عایق الاستومری برای تشکیل یک بافت سخت و در نتیجه آن کاهش میزان اکسیژن موجود در آتش طراحی شده اند. محصولات عایق پلی الفین به همان روش واکنش نشان نمی دهند، بلکه ذوب می شوند و باعث می شوند که شعله فقط با جلوی عایق ذوب شده در تماس باشد.

شاخص اکسیژن محدود نیز می تواند مشخص شود. تعداد دیگری از روش های آزمون اشتعال پذیری وجود دارد که بسط داده شده اند. نمونه ای از این نوع تست ها می تواند گرماسنج مخروطی باشد. این آزمون داده های متناوب مانند سرعت انتشار دما را ارائه می دهد که می تواند تصویر بهتری از واکنش مواد در شرایط آتش سوزی واقعی ارائه دهد. آزمون سوختگی در مقیاس کامل انجام می شود اما هزینه بسیار بالایی دارد. هر یک از روش های آزمون اطلاعات مختلفی را در اختیار کاربر قرار می دهد. انطباق با یک آزمون به معنی انطباق با آزمون دیگر نیست.

میزان خطر آفرینی و خطر پذیری کلی محصول باید با استفاده از ترکیب آزمایشات مناسب برای کاربردهای نهایی ارزیابی شود.

نصب عایق های انعطاف پذیر

نصب مناسب برای عملکرد سیستم عایق کاری بسیار مهم است. خصوصاً در کاربردهای مربوط به کنترل چگالش. اندازه عایق باید به درستی انتخاب شود و برای عملکرد مناسب، کل سیستم باید نسبت به نفوذ هوای خارج عایق و درزبندی شود. با استفاده از تکنیک های ساده نصب، آب بندی کل سیستم امکانپذیر و آسان بوده و بدیهی است که این کار برای کنترل چگالش بسیار مهم است. تمام درزهای قوسی و طولی باید با استفاده از چسب عایق و یا نوارهای درزگیر کاملاً درزبندی شوند. هنگام استفاده از چسب، باید چسب روی هر دو سطح مالیده شود (ترجیحاً یک پوشش نازک)، سپس اجازه داده شود تا چسب خشک شود، سپس هر دو سطح محکم به هم فشار داده شوند. تمام سه راهی ها، زانویی ها، اتصالات، دریچه ها و بخش های مختلف سیستم لوله کشی باید به طور کامل عایق کاری و درزبندی شوند تا از ورود هوای محیط به داخل سیستم عایق کاری جلوگیری شود.

هنگام نصب محصول، مهم است که عایق کشیده نشود، بلکه باید با فشار به سطح مورد نظر متصل شود. کشش منجر به دو مشکل می شود: اول، کاهش ضخامت؛ و دوم: باعث ایجاد تنش در عایق می شود. تمام اتصالات یا باید تحت فشار قرار گیرند تا از آب بندی خوب آنها اطمینان حاصل شود. به همین دلیل عایق کاری فقط باید برای سیستم هایی اعمال شود که در هنگام نصب گرم نمی شوند.

برش و عایق کاری با عایق های سلول بسته انعطاف پذیر آسان است. به اتصالات یا گیره های مکانیکی خاصی نیاز نیست. این محصولات ساینده نیستند و به اقدامات احتیاطی خاصی در نصب نیاز ندارند. محصولات سلول بسته انعطاف پذیر بسیار یکنواخت و سازگار هستند.

عایق های صفحه ای باید بر روی کانال های ساخته شده نصب شوند، به همین دلیل باید دقت شود که عایق دور خود پیچیده نشود. عایق باید به تمام سطوح کانال بچسبد. هنگام نصب عایق بر روی سطوح خارجی کانال، توصیه می شود عایق به شکلی بر روی کانال بچسبد که در لبه ها حفاظ آب ایجاد شود. این کار با برش بخش بالایی به گونه ای که با قسمت کناری و قسمت پایین همپوشانی داشته باشد، انجام می گیرد. این کار از لبه ها در برابر نفوذ و نشت احتمالی آب بین عایق و کانال محافظت می کند.

هوازدگی فضای باز برای هر ماده عایقی که ممکن است تحت تأثیرات مضر اشعه ماوراء بنفش، ازن و اکسیداسیون قرار گیرد، نگران کننده است. محصولات عایق بر پایه الاستومر و پلی الفین در فضای بازی که به مقدار کم در معرض نور خورشید است بدون نیاز به هیچ گونه محافظت اضافی در برابر اثرات اشعه UV قابل استفاده هستند. با این حال، برای عملکرد مطلوب در فضای باز یا کاربردهایی در معرض تابش شدید اشعه ماورا بنفش قرار دارند (به عنوان مثال بالای پشت بام)، این محصولات باید بسته به محیط و کاربرد، در برابر تخریب نور، با پوشش پروتکت بلک و آلومینیوم در برابر اشعه محافظت شوند.

مواد عایق سلول بسته در برابر جذب آب مقاوم هستند. با این حال، در مواردی که محصول در معرض تماس مداوم با آب قرار می گیرد، باید تدابیر ویژه ای اتخاذ شود، به ویژه اگر آب تحت فشار هیدرواستاتیک باشد، آب به تدریج جذب محصول شده و باعث می شود که عایق خاصیت حرارتی خود را از دست بدهد. همچنین ممکن است نفوذ یا نشت آب زیر زمینی آلودگی های خورنده ای داشته باشد که به لوله های فولادی و مسی آسیب برسانند. برای جلوگیری از نفوذ آب بین عایق و لوله بسیار مهم است که کلیه درزها و کف ها کاملاً آب بندی شوند.

از آنجا که این ماده طبق تعریف انعطاف پذیر است، بنابراین باید اقدامات احتیاطی انجام شود تا عایق فشرده نشود زیرا فشردگی باعث کاهش ضخامت و کاهش خواص عایق بودن آن می شود. در این شرایط، توصیه می شود از بست های لوله با ساپورت های پشتیبان برای پخش بار استفاده شود.

جمع بندی

محصولات عایق سلول بسته انعطاف پذیر، هم بر پایه الاستومری و هم بر پایه پلی الفین، محصولاتی را در بازار عایق ارائه می دهند که استفاده از آنها آسان است و در طیف وسیعی از کاربردها و در جلوگیری از چگالش و اتلاف انرژی بسیار موثر هستند. ترکیب انعطاف پذیری با ساختار سلول بسته، آنها را برای بسیاری از کاربردها مناسب می کند.
با افزایش تعداد محصولات در این گروه از عایق ها، باید دقت شود تا محصول صحیح برای کاربرد خاص انتخاب و به درستی نصب شود. قیمت عایق تنها یک عامل در کل هزینه های کار است. نیروی کار متخصص، ابزار نصب مورد نیاز، خسارات مادی یا ضایعات در حین ساخت و نصب و زمان مورد نیاز برای اتمام کار همه از موارد مهمی هستند که باید در نظر گرفته شوند. بر آرامش خاطری که بر اثر انجام درست یک کار و آسودگی خاطر از عملکرد صحیح آن برای سال های طولانی ایجاد می شود نمی توان قیمت گذاشت. پس از تعیین نیازها و مشخصات مورد نظر شما، انتخاب محصول صحیح کلید کار درجه یک است و موفقیت طولانی مدت پروژه شما را تضمین می کند.