خواص فوم ها بر اساس ساختارشان دسته بندی می شوند. فوم دو نوع ساختار دارد:
الف) ساختار سلول باز
ب) ساختار سلول بسته
ساختار فوم سلول باز مانند یک بالشتک مبل نرم می باشد. دیواره های سلولی یا حباب های سطح می شکنند و با هوا پر می شود که تمام فضاهای موجود در مواد را تشکیل می دهند. این باعث می شود که فوم نرم یا ضعیف و مانند یک توپ لاستیکی نرم باشد. میزان عایقیت فوم ها به مقدار هوای محبوس شده در سلول های شکسته بستگی دارد. دانسیته فوم های سلول باز حدود kg/m3 12-8 است. دانسیته فوم های سلول بسته به سختی ساختارشان بستگی دارد، به طوری که دانسیته یک فوم نرمال سلول بسته در حدود kg/m3 48-32 می باشد. اکثر سلول ها یا حباب ها در فوم شکسته نمی شوند و شباهتی به توپ های فوتبال دارند که به صورت یک شکل فشرده در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. این باعث می شود تا فوم ها به دلیل وجود حباب هایی که به اندازه کافی در برابر فشارها مقاوم هستند، سخت باشند. سلول های فوم از یک گاز خاص پر می شوند تا میزان عایقیت فوم را تا جای ممکن افزایش دهند. از جمله مزایای فوم های سلول بسته نسبت به فوم های سلول باز می توان اشاره داشته به :
- استحکام بالاتر
- R-value بالاتر
- مقاومت بیشتری نسبت به نشت هوا و بخار آب
عیب فوم های سلول بسته این است با توجه به اینکه از دانسیته بالایی برخوردارند، از لحاظ اقتصادی ارزان نیستند. معمولا انتخاب فوم بر اساس نیازهایی برای خواص مشخص و معین مانند استحکام، کنترل بخار و فضای موجود انجام می شود.
فوم های سلول بسته مقاومت بسیار بالایی نسبت به نفوذ بخار آب دارند.
- این ویژگی بسیار مفید است، زیرا از فوم در برابر رفت و آمد رطوبت به سلول ها با توجه به میزان آن محافظت می کند. بخاری که در دیواره داخلی باقی می ماند (طرف گرم) با سطوح سرد که در آن به نقطه ی شبنم می توان رسید، در تماس نخواهد بود.
فوم های سلول بسته در برابر خسارات ناشی از شرایط رطوبت کوتاه مدت مقاومت می کنند.
- فوم های پلی یورتان تحت تأثیر نشت سقف، نشت فونداسیون یا رطوبت نیستند.
- آنها را می توان به راحتی در سازه های ساختمانی استفاده کرد. همچنین در برابر خسارت ناشی از نفوذ آب بسیار مقاوم هستند.
قدرت اتصال فوم ها
- فوم های پلی یورتان فشرده یا ته نشین نمی شوند.
- فوم ها چسبندگی قوی به سطوح فولاد بر روی سازه های سقف نشان می دهند.
مزایا ساختار فوم
- فوم ها می توانند به مقاومت در برابر برش باد کمک کنند.
- از فوم ها برای استحکام بخشیدن به پوشش های بیرونی و پنجره ها می توان استفاده کرد.
- فوم های پلی یورتانی در ساختار پانل ها و دیگر ساختارهای کامپوزیتی استفاده می شود.
رسانایی حرارتی
مهمترین ویژگی یک ماده عایق، عملکرد عایقیت آن است. کارایی مواد توسط رسانایی حرارتی کم یا مقاومت حرارتی بالای آن تعیین می شود.
رسانایی حرارتی فوم های پلی یورتان سخت
رسانایی حرارتی فوم های پلی یورتان سخت بستگی دارد به:
- گاز مورد استفاده در سلول ها : با توجه به اینکه مقدار سلول های بسته فوم های سخت پلی یورتانی بیش از 90 درصد هستند، عوامل دمنده در مواد عایق برای مدت زمان طولانی باقی می ماند. تبادل گاز با هوای اطراف توسط لایه ی انتشار-فشرده گاز کاهش می یابد.
- دانسیته: با افزایش دانسیته، مقدار مواد ساختاری افزایش می یابد. این به طور مستقیم سهم رسانایی گرمایی را بر روی مواد ساختاری افزایش می دهد. افزایش رسانایی حرارتی مستقیما به نسبت افزایش دانسیته نمی باشد. رسانایی حرارتی فوم های پلی یورتان سخت در محدوده دانسیته 30 تا 100 کیلوگرم بر متر مکعب تغییرات کمی دارند.
- دما: با کاهش دما، رسانایی گرمایی مواد عایق کاهش می یابد. اما با افزایش دما، از سوی دیگر افزایش رسانایی گرمایی به حداقل می رسد.
- رفتار فوم در حضور آب و رطوبت: رسانایی گرمایی آب در دمای 25 درجه سانتی گراد λ=0.58 W/(m . K) می باشد. معمول ترین مواد عایق، رسانایی در محدوده 0.02-0.05 W/(m . K) دارند. همچنین آب جذب شده به دلیل غوطه وری در آن منجر به افزایش رسانایی گرمایی می شود. اما جذب آب فقط تاثیر کمی بر رسانایی گرمایی فوم سخت پلی یورتان دارد، زیرا مقاومت بسیار خوبی نسبت به نفوذ بخار آب دارد.
مقدارR-Value فوم های پلی یورتان بالاتر از سایر انواع مواد عایق است.
- مقاومت مواد عایق بر روی جریان گرما هدایت شده از طریق مقاومت حرارتی یا R-value آن تعیین می شود. هرچه مقدار R-value بالاتر باشد، عملکرد مواد عایق بیشتر است. مقدار R-value به عوامل زیر بستگی دارد:
- نوع عایق
- ضخامت
- دانسیته
- دمای محیط و شرایط باد اثر مستقیم بر روی R-value مواد عایق دارند. آزمایش های مستقل نشان می دهد که در دمای 18 درجه فارنهایت، با سرعت باد 15 مایل در ساعت، مقدار R-value تئوری فوم پلی یورتان از 19 به 18 کاهش می یابد، در حالی که R-value بلانک از 19 به 7 کاهش می یابد.
- با توجه به این خواص حرارتی تاثیرگذار، فوم های پلی یورتان برای استفاده در سازه های جدید با حفظ استانداردهای عملکرد انرژی امروزی و همچنین مقرون به صرفه بودن مواد عایق حرارتی، مناسب هستند.
- لوله کشی را می توان در دیوارهای بیرونی با استفاده از فوم های پلی یورتان بدون انجماد نصب کرد، زیرا تنها یک لایه نازک از فوم بین لوله ها و پوشش بیرونی وجود دارد.
