Какво е полиуретан PUR/PIR срещу XPS и EPS

Полиуретанът е материалът, който почти всеки е пипал, без да знае как се казва. Твърдата жълтеникава пяна в стената на хладилника, сърцевината на сандвич панела върху индустриално хале, фолираната плоча на плоския покрив, пяната от тубата за монтаж на дограма — едно и също семейство химия с различна плътност и различна рецепта.

В строителството го срещате със съкращенията PUR и PIR. Разликата между двете е една-единствена цифра в рецептата и променя изненадващо много: горната работна температура, поведението при огън, класа по EN 13501-1. А между PUR/PIR, XPS и EPS има различие, което рядко се обяснява честно на клиента — полиуретанът има най-ниската топлопроводимост от трите, но тя се променя с времето, докато при EPS практически не се променя.

Трите изречения, които трябва да останат: PUR/PIR има най-ниската λ от трите — декларирани 0,023–0,030 W/(m·K) срещу 0,030–0,038 при XPS (обичайно 0,033–0,035) и 0,030–0,038 при EPS. Тази λ остарява, защото газът в клетките постепенно се сменя с въздух, и точно затова EN 13165 изисква да се декларира остаряла стойност, а не стойността на прясната плоча. И облицовката не е опаковка: алуминиевото фолио задържа газа и сваля декларираната λ с няколко милиуата на метър-келвин спрямо същата пяна с воал.

Какво е полиуретан: химията с прости думи

Полиуретанът не се доставя като готова пластмаса. Той се прави на място — в калъпа, в стената на панела или направо в кухината на вратата — от два течни компонента:

• Полиол — течност с много хидроксилни (–OH) групи. Тя носи гръбнака на бъдещата пластмаса, а в нея са разбъркани катализаторите, забавителите на горене и порообразувателят.
• Изоцианат — обикновено полимерен MDI, течност с реактивни –N=C=O групи.

Щом двете течности се срещнат, –OH и –N=C=O образуват уретанова връзка. Реакцията е екзотермична — сама отделя топлина и сама се ускорява от нея; оттам идва усещането, което всеки монтажник познава: тубата се затопля, докато пяната расте. Тази топлина не е страничен ефект, а точно това, което раздува пяната, по два механизма:

• Химично. Изоцианатът реагира и с вода — получават се амин и въглероден диоксид, а аминът се свързва с още изоцианат до карбамидна връзка. При твърдите пени именно тази реакция тръгва първа.
• Физично. В полиола е разтворен нискокипящ порообразувател — пентан, циклопентан, а в новите системи HFO. Топлината го изпарява и той надува милиони клетки.

Смесът се пени за секунди, гелира и се втвърдява необратимо в термореактивна пластмаса: тя не се топи повторно, а при достатъчна температура се овъглява. И най-важното — порообразувателят остава заключен в затворените клетки, които според PU Europe са над 90%, а по продуктови листове често 95% и повече. Именно този газ, а не самата пластмаса, обяснява рекордно ниската топлопроводимост — и обяснява защо тя после се влошава.

PUR и PIR: една цифра в рецептата

Цифрата се нарича изоцианатен индекс и е просто съотношение: колко изоцианат е сложен в рецептата спрямо количеството, което теоретично е точно необходимо, за да реагира с всичкия активен водород — умножено по 100. Индекс 100 значи „точно колкото трябва“.

• PUR — полиуретан в тесния смисъл. Индексът е около 100: почти целият изоцианат отива в уретанови връзки.
• PIR — полиизоцианурат. Индексът е над 180 — това е прагът, който литературата най-често посочва, макар да няма точна граница, на която PUR свършва и PIR започва. Излишъкът изоцианат няма с какво друго да реагира и в присъствието на тримеризационен катализатор реагира сам със себе си: три изоцианатни групи се затварят в шестчленен изоциануратен пръстен.

Този пръстен е далеч по-термично стабилен от уретановата връзка и това купува три неща: по-висока работна температура; по-добро поведение при огън, защото PIR отделя по-малко топлина и образува овъглен защитен слой; и оттам по-добро поведение в готовата сглобка. Числата: изоциануратната връзка започва да се разпада над 200 °C, докато уретановата — още при 100–110 °C.

Цената е малка, но реална: PIR е по-крехък и по-ронлив на среза, а рецептата е по-капризна за производство. Затова огромна част от продуктите на пазара всъщност са хибриди PUR/PIR — индексът е достатъчно висок, за да има изоциануратни пръстени, но не толкова висок, че плочата да се рони. Продуктовият стандарт е един и същ за двете: EN 13165, „фабрично произведени продукти от твърда полиуретанова пяна“.

Формите, в които се среща

Едно химично семейство, пет много различни продукта:

• Твърди плочи с облицовка. Непрекъсната лента между две ролки — алуминиево фолио, минерален воал, крафт хартия, битумизиран воал. Плътност обикновено 30–45 kg/m³.
• Сърцевина на сандвич панел. Пяната се излива между два стоманени листа и е едновременно изолация и лепило — панелът носи товар, защото сърцевината държи двете лица заедно.
• Пръскана пяна на място. По каталожни данни затворено-клетъчната е 30–60 kg/m³ с λ до 0,020–0,022 W/(m·K); отворено-клетъчната е едва 8–15 kg/m³ с λ 0,035–0,042 — по-евтина и дишаща, но не е бариера за влага.
• Инжектирана пяна. Впръсква се в затворена кухина — врати, ролетни кутии, бойлери, хладилни шкафове. При домакинските уреди производителите дават плътност 30–40 kg/m³ и начална λ 0,018–0,020 W/(m·K). Затова хладилниците имат тънки стени и голям обем.
• Еднокомпонентна монтажна пяна. Изоцианатен предполимер, който се втвърдява с влагата от въздуха — затова фугата се навлажнява. Не е изолационен продукт по EN 13165: класът ѝ по огън е E (B3/B2 по DIN 4102-1 за огнеупорните версии) и λ не бива да се сравнява с тази на плоча.

Защо λ е най-ниската — и защо тя остарява

Топлината минава през една пяна по три пътя: през твърдата пластмаса, чрез излъчване между стените на клетките и през газа в клетките. Полиуретанът печели и по трите: ниска плътност, много фини клетки и газ, който провежда по-слабо от въздуха. Затова прясна PIR плоча е около 0,020–0,024 W/(m·K) — стойност, до която нито XPS, нито EPS достигат.

Проблемът е, че газовете се движат. Пяната не е херметична — тя е много бавна мембрана:

• Въглеродният диоксид излиза бързо. В измервания на Schumacher и колеги CO₂ от химичното раздуване е практически изчерпан след около 150 дни.
• Въздухът влиза. По данни на Huntsman прясната плоча има парциално налягане на въздуха в клетките само 0,02–0,05 bar; с годините то се качва към атмосферното. А въздухът провежда топлина значително по-добре от порообразувателя.
• Порообразувателят излиза бавно. В същите измервания циклопентанът се открива в клетките и след 1400 дни. Той не изчезва — просто се разрежда с въздух.

Резултатът е плавно покачване на λ през първите години, което после почти спира. Това е остаряването на ламбда — реално, измеримо и, за разлика от много други неща в бранша, стандартизирано.

Какво точно значи „декларирана λ по EN 13165“

Приложение C на EN 13165 не иска стойността на прясната плоча, а средно претеглената по време λ за 25 години — стойност, която заради формата на кривата се достига след около 8 години експлоатация при дифузионно отворените плочи; при дифузионно плътна плоча от 30 mm същата средна се достига чак към 12-ата година. Пътищата до нея са два:

• Метод на фиксираната добавка. Измерва се началната λ при 10 °C и към нея се прибавя фиксирана добавка, зависеща от порообразувателя, дебелината и дифузионната плътност на облицовката. За пентанови продукти с дифузионно отворена облицовка под 80 mm добавката е 5,8 mW/(m·K); в диапазона 80–120 mm пада на 4,8, а при 120 mm — на 3,8, защото по-дебелата плоча остарява по-бавно. При дифузионно плътни облицовки добавката е много малка. Преди това плочата трябва да мине тест за нормалност: 20 mm ядро без облицовка се държи 21 дни при 70 °C и λ не бива да се вдигне с повече от 6,0 mW/(m·K) за пентани.
• Метод на ускореното стареене. Целият продукт, заедно с облицовките, се държи 175 дни (25 седмици) при 70 °C, след което λ се измерва и към нея се добавя предпазна добавка. Тя може да бъде намалена или занулена, ако отделен „тест за ускорение“ докаже, че 70 °C ускоряват процеса достатъчно — но зануляване се допуска само при дифузионно отворени плочи.

И по двата пътя се добавя статистика и стойността се закръгля нагоре до най-близкия 1,0 mW/(m·K) — затова листовете показват кръгли числа като 0,023, 0,026 или 0,028.

Числата от практиката са показателни. В изследване на Huntsman върху осем европейски пентанови плочи от четирима производители началната λ е между 20 и 24 mW/(m·K) със средна малко над 22. По метода на фиксираната добавка декларираните стойности излизат 25–30 mW/(m·K) за дифузионно отворените и 23–25 за дифузионно плътните; по метода на ускореното стареене същите плочи дават 25–28 и 23–25. Тоест остаряването „изяжда“ между 1 и 8 милиуата — разликата между отлична и просто добра изолация. За купувача на къща това значи едно: числото на етикета вече включва следващите 25 години, така че не гледайте плочата като нещо, което ще стане по-лошо от обявеното.

Защо това е важно, когато държите два технически листа

Ето капана. XPS също остарява и също декларира състарена стойност („след 25 години“), но при него ефектът е далеч по-малък. EPS изобщо не остарява термично, защото в клетките му вече няма летлив порообразувател: те са пълни с въздух и няма какво да се смени.

Следователно, ако сравните началната λ на PUR плоча с декларираната λ на EPS плоча, сравнявате два различни момента от живота на материалите. Правилното сравнение е декларирана срещу декларирана — и то си остава в полза на полиуретана, но с по-малка преднина, отколкото изглежда в рекламния лист. Подредена таблица с коефициентите на всички материали, които влизат в една врата, има в техническите параметри на материалите.

Облицовките: не опаковка, а част от продукта

Ако газът бяга през повърхността, повърхността е решаваща — затова PIR плочите се произвеждат между две облицовки и видът им се вписва в декларацията. Мащабът личи от самите добавки по EN 13165: дифузионно отворена плоча под 80 mm получава 5,8 mW/(m·K), а при дифузионно плътна облицовка добавката е много малка. Затова една и съща пяна се декларира с 23–25 mW/(m·K) с фолио и с 25–30 mW/(m·K) с воал — при абсолютно същата химия.

• Алуминиево фолио. Дифузионно плътно; забавя и излизането на порообразувателя, и влизането на въздуха, и работи като паробариера. Не приема директно битум.
• Стъклен воал, битумизиран воал, крафт хартия. Дифузионно отворени — по-висока декларирана λ, но приемат горещо залепени хидроизолации и мазилки. Облицовката се избира според съседния слой, не според изолацията.

Правилото: никога не сравнявайте λ на две плочи, без да сравните облицовките им — и помнете, че всеки срез е дифузионно отворен.

Огън и дим: честната версия

Тук се говорят най-много глупости. Полиуретанът е органичен и гори. PU Europe посочва, че обикновените PUR/PIR плочи по EN 13501-1 се класифицират от C-s2,d0 до F — според рецептата и облицовката. Никой от трите материала тук не е негорим: XPS и EPS също обикновено са клас E. Класове A1/A2 се постигат от минерална вата и пеностъкло, не от въглеводородни пени.

Какво тогава купува PIR? Три конкретни неща:

• Овъгляване. При огън изоциануратните пръстени образуват твърд овъглен слой, който забавя проникването на пламъка навътре. Полистиренът, обратно, се топи и се отдръпва.
• По-ниско отделяне на топлина. Сравнителните изследвания показват по-нисък пик на топлоотдаване и по-добра термична стабилност при PIR спрямо PUR.
• По-добър клас в система. Затова сандвич панелите с PIR сърцевина и стоманени лица по EN 14509 се изкачват в клас B. Тук източниците се разминават и си струва да се знае: PU Europe пише, че металните сандвич панели с PUR/PIR сърцевина „могат да достигнат B-s2,d0“, докато редица производители декларират B-s1,d0 за конкретни панели. Проверявайте декларацията за експлоатационни показатели на самия панел, а не общото твърдение.

А димът е същинският риск. При горене пените отделят плътен дим, въглероден оксид и циановодород — азотът в молекулата няма къде другаде да отиде. Оттук две правила: класът по огън важи за продукта с неговата облицовка и в неговия монтаж, не за пяната сама по себе си; и голяма открита площ незащитена пяна в обитаемо помещение е лоша идея независимо от сертификата.

Температура, стабилност, вода и якост

Тук източниците се разминават повече, отколкото би се искало, затова публикуваме диапазоните такива, каквито са.

• Работна температура. Студът не ограничава пяната. Горната граница е спорна и тук е важно кой говори: PU Europe дава на PUR и PIR една и съща граница — от −30 до +90 °C трайно и до 250 °C за кратко, докато каталозите на производители разделят двете (+80…+110 °C за PUR, около +120 °C за PIR). Химията подкрепя посоката — изоциануратът се разпада над 200 °C, уретанът от 100–110 °C — но конкретните числа са фирмени, не стандартни. XPS свършва при +70…+75 °C, EPS около +75…+80 °C.
• Якост на натиск. По EN 826 при 10% деформация: строителните плочи са обикновено 100–200 kPa — стенни и покривни около 100 kPa, подови 120–150, усилени 150–200. Като материал PUR/PIR покрива много по-широко: според плътността от 40 до 900 kPa. Обичайните XPS класове на пазара са 200–700 kPa, така че при равни дебелини и обичайни продукти полиуретанът губи по натиск.
• Вода. EN 13165 декларира килограми на квадратен метър (WS(P) и WL(T)), а не проценти — затова числата изглеждат несравними с тези на полистирена. В обемни проценти PU Europe дава за PIR с минерален воал около 1,3% при 28-дневно потапяне по EN 12087, около 6% при дифузионния тест по EN 12088 и 2–7% за необлицована пяна след цикли на замразяване. Срещу XPS с ≤0,7% (потапяне) и 1–3% (дифузия) картината е недвусмислена: по вода XPS изпреварва PIR, а EPS с 2–4% е трети.
• Размерна стабилност и UV. Термореактивната мрежа не се топи и не пълзи, затова PIR търпи горещ битум, а полистиренът — не. Слънцето обаче руши и трите: плочите се държат под навес и се покриват своевременно.

Сандвич панели: където полиуретанът е у дома си

Материалът е практически незаменим в металните сандвич панели по EN 14509: сърцевина от PUR/PIR с λ около 0,020–0,023 W/(m·K) по каталожни данни между две профилирани стоманени лица — изолация, конструкция и готова фасада в един елемент. За хладилните складове това е стандартът de facto: слепването между пяната и ламарината е толкова здраво, че панелът се държи като композитна греда. Същата логика в умален вид работи и при вратите: сърцевината решава топлотехниката, а лицата — външния вид и издръжливостта.

Как се реже, обработва и — най-вече — как лепи

• Рязане. Остър нож за тънките плочи, трион или циркуляр с фин зъб за дебелите. За разлика от полистирена горещата тел не работи — материалът не се топи, а се овъглява.
• Лепене. Големият плюс: полиуретанът се слепва почти с всичко — стомана, алуминий, дърво, хартия, бетон, HPL. Затова сандвич панелът изобщо съществува: пяната е лепилото, без допълнителни адхезиви.
• Същият плюс е и минусът. Прясната пяна се лепи и за ръцете, инструментите, стъклото и рамката. Невтвърдена се чисти само със специален разтворител; втвърдена — само механично.
• Безопасност. Изоцианатите са сенсибилизатори. От 24 август 2023 г. по Регламент (ЕС) 2020/1149 професионалната употреба на продукти с над 0,1% диизоцианати изисква преминато обучение, подновявано поне на всеки пет години. Важи и за монтажната пяна.

Трите материала едно до друго

Сравнението има смисъл само по еднакви правила: декларирани стойности, същите стандарти и без да се крие къде всеки губи.

Къде печели всеки

• PUR/PIR печели, когато дебелината е ограничена. При еднакво топлинно съпротивление полиуретановата плоча е около една трета по-тънка от полистиренова. Винаги, когато няма място — плитка покривна конструкция, стена на хладилник, панел във фалц с фиксирана дебелина — той е логичният избор. Печели и при по-високи температури, а в система с негорими лица дава по-добър клас по огън.
• XPS печели при натиск и вода. Класове 200–700 kPa и водопоглъщане ≤0,7% по обем при потапяне — срещу около 1,3% при PIR — го правят материала за под замазка, за периметърна изолация и за обърнати покриви. Подробностите са в отделната статия за XPS.
• EPS печели по стабилност във времето и по цена. Ламбдата му не се променя, наличен е в много класове плътност и е най-икономичен при фасади с достатъчна дебелина. Разликите му с XPS са разгледани тук.

При декоративните панели за входни врати доминира XPS — не защото е „по-добър“ в абсолютен смисъл, а защото при 24–48 mm разликата в λ спрямо PIR не е решаваща, докато якостта на натиск и поведението при влага са. Как се стига до конкретната спецификация е описано в ръководството за избор, а комбинациите лице–сърцевина — в материалите.

Как да четете техническия лист

1. Търсете λD, не „λ“. Индексът D значи „декларирана“, тоест вече остаряла по EN 13165; „начална“ стойност не става за сравнение.
2. Проверете облицовката до числото и дебелината заедно с нея: същата пяна може да излезе 0,023 или 0,028, а по-тънката дифузионно отворена плоча остарява повече.
3. RD е производна величина — дебелина, разделена на λD, закръглено надолу. Ако R и λ не се връзват, някое от двете не е декларирано.
4. Кодовете са смисъл, не шифър. CS(10\Y)150 = якост на натиск при 10% деформация, минимум 150 kPa. WS(P) и WL(T) = водопоглъщане, краткотрайно и продължително, в kg/m². NPD = не е декларирано.
5. Класът по огън е за продукта, не за пяната. Клас C или E на плоча и клас B на панел могат да описват една и съща сърцевина.

Чести грешки и заблуди

• „PIR не гори.“ Гори. Овъглява се по-добре, отделя по-малко топлина и в система дава по-добър клас — но гола плоча е клас C или по-нисък.
• Сравняване на прясна PUR λ с декларирана EPS λ. Най-честата манипулация в офертите. Сравнявайте декларирана с декларирана.
• „Монтажната пяна е същото нещо.“ Химично — почти. Технически — не: друга структура, друг клас, никаква декларирана λ по EN 13165.
• Стандартна PIR плоча под товар. 100–150 kPa не са 200–700 kPa на обикновена XPS плоча. Под замазка се проверява класът CS.

Обобщено: PUR/PIR е най-ефективната изолация от трите на милиметър, но и единствената, при която трябва изрично да проверите коя ламбда четете. PIR е PUR с по-висок изоцианатен индекс — по-стабилен на температура и по-добър при огън. XPS остава по-силен при натиск и вода, а EPS — най-предвидим във времето. Изборът на сърцевина за конкретен панел започва от сърцевината и дебелината и продължава в често задаваните въпроси.