PL230119B1

PL230119B1 - Kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny, sposób jego wytwarzania oraz zastosowanie kompozytowego panelu elewacyjno- termoizolacyjnego

Info

Publication number: PL230119B1
Application number: PL406346A
Authority: PL
Inventors: Wiesław GALUS; Wiesław Galus
Original assignee: Eutherm Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2018-09-28
Also published as: WO2015083084A1; RU2651850C1; EP3077603A1; PL406346A1; EP3077603B1

Abstract

Wynalazek dotyczy kompozytowego panelu elewacyjno-termoizolacyjnego, charakteryzującego się tym, że obejmuje płytę elewacyjną (1) i stelaż (3), korzystnie metalowy, które są trwale połączone ze sobą za pośrednictwem warstwy izolacyjnej (2), przy czym warstwę izolacyjną stanowi pianka z tworzywa sztucznego, która podczas procesu spieniania trwale łączy płytę elewacyjną (1) i stelaż (3). Wynalazek dotyczy także sposobu jego wytwarzania oraz zastosowania do jednoczesnego montowania elewacji i ocieplania budynków, zwłaszcza wysokich budynków.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest gotowy do użycia kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny, sposób jego wytwarzania oraz zastosowanie kompozytowego panelu elewacyjno-termoizolacyjnego do jednoczesnego montowania elewacji i ocieplania budynków.

Obecnie fasady budynków pokrywane są najczęściej różnego rodzaju tynkami. Jednak wzrost cen nośników energii oraz nowe regulacje prawne wymuszają inwestycje w docieplanie budynków. Najczęściej spotykaną technologią ocieplania ścian zewnętrznych jest tzw. metoda lekka mokra. W metodzie tej płyty styropianu przykleja się do ścian budynku i mocuje mechanicznie za pomocą specjalnych kołków, przechodzących przez warstwę izolacji. Następnie na płyty styropianowe nakładana jest warstwa kleju tak, aby całkowicie zakryć warstwę styropianu, na który przyklejana jest siatka wzmacniająca (najczęściej włókno szklane), która następnie pokrywana jest kolejną warstwą kleju. W końcu tak zaizolowana i przygotowana ściana budynku pokrywana jest warstwą cienkowarstwowego tynku. Cena tak otrzymanych elewacji jest akceptowalna przez rynek budowlany, lecz trwałość tego typu elewacji jest ograniczona w czasie. Dodatkowo jest to proces wieloetapowy, złożony technologicznie i musi być wykonywany przez odpowiednio przeszkolonych pracowników (izolerów).

Równolegle istnieje znaczący segment rynku elewacji wiecznotrwałych wykonywanych z materiałów naturalnych lub sztucznych, z piaskowca, marmurów i granitów, bazaltów, a także w postaci imitacji tych kamieni. Płyty elewacyjne z tych materiałów mają grubość od 12 do 40 mm. Olbrzymi ciężar tych płyt wymaga systemu rusztów i zawiesi mechanicznych zdolnych do utrzymania ciężaru nawet do 400 kg na 1 m² powierzchni elewacji. Przy tego typu elewacjach pod płytami upychana jest izolacja termiczna wykonywana z wełny mineralnej lub styropianu. Musi ona jednak omijać stelaż mocujący i haki mocujące płyty. W ten sposób powstają jednak mostki termiczne, radykalnie pogarszające własności izolacyjne elewacji obiektów. Ze względu na dużą nasiąkliwość stosowanych materiałów termoizolacyjnych i brak możliwości dyfundowania wilgoci przez lite płyty osłonowe, konieczne jest stosowanie elewacji wentylowanych, w których płyty osłonowe oddalone są o 1 do 4 cm od materiału termoizolacyjnego. Powstająca w ten sposób szczelina powietrzna umożliwia osuszanie zawilgoconej izolacji. Jednak utworzony w szczelinie powietrznej komin wzmaga procesy konwekcji dalekozasięgowej, co dodatkowo pogarsza własności izolacyjne elewacji.

Sytuację nieznacznie poprawia stosowanie jako wykładzin elewacyjnych, płyt włóknocementowych lub płyt z materiałów ceramicznych, takich jak gresy, klinkier, terakota, itp. Płyty z tych materiałów posiadają grubość od 6 do 12 mm. Dzięki temu system stelaży i zawiesi montażowych może być delikatniejszy i może powodować mniejsze straty cieplne. Możliwe jest również stosowanie płyt o większych powierzchniach, co pożądane jest przez architektów ze względów estetycznych. Jednakże, najczęściej w dalszym ciągu wymagane jest stosowanie elewacji wentylowanych.

Jeszcze inną stosowaną techniką tworzenia elewacji wiecznotrwałych jest najpierw montaż izolacji, np. płyt styropianowych na ścianie budynku, a następnie pokrywanie tak zaizolowanej ściany lekkimi płytkami elewacyjnymi. Wymaga to jednak nakładania ich na powierzchnię styropianu technikami klejenia przy użyciu specjalnych klejów oraz fugowania szczelin pomiędzy płytami. Istniejące na rynku materiałów budowlanych kleje mają ograniczoną trwałość, a przy tym stosunkowo wysoką cenę. Przyklejanie stosunkowo ciężkich płytek na miękkie podłoże, jakim jest powierzchnia płyty styropianowej, stwarza ryzyko odkształcania powierzchni całej elewacji. Dodatkowo „podchodzenie” wody pod szczeliny grozi odspajaniem płytek elewacji, w wyniku przemarzania w okresie zimowym.

Rewolucję na rynku materiałów budowlanych spowodowało wynalezienie i pierwsze wdrożenie produkcyjne we włoskiej firmie LAMINAM technologii głębokiego spiekania czystych iłów kwarcytowych pozwalającej na wykonywanie wielkoformatowych płyt ceramicznych o rozmiarach typowych 1000 x 3000 mm oraz o grubości 3 mm. Obecnie opracowano dalsze ulepszenia technologii pozwalające na produkcję płyt o grubości 2 mm. Płyty te mogą być barwione dowolnie w fazie spiekania i dzięki temu uzyskiwać najwyższe walory estetyczne. Dodatkowo mała grubość tego typu płyt pozwoliła jeszcze bardziej obniżyć ciężar i uprościć system zawiesi mechanicznych.

Płyty ceramiczne o grubości od 3 mm do 10 mm są obecnie mocowane na zawiesiach metalowych bez integracji z materiałem termoizolacyjnym, w systemie wentylowanym, gdzie płyty są montowane na złożonej podkonstrukcji nośnej połączonej z warstwą termoizolacyjną, za pomocą trwałego kleju elastycznego. Płyty elewacyjne przyklejane są już po zamontowaniu elementów termoizolacyjnych połączonych z podkonstrukcją nośną na ścianach budynków przez wykwalifikowany personel zgodnie z zaleceniami i instrukcjami dostawcy systemu klejowego. W konsekwencji skuteczność monPL 230 119 B1 tażu paneli za pomocą kleju zależy głównie od warunków atmosferycznych w trakcie montażu. Wilgoć, niska temperatura i zapylenie może mieć negatywny wpływ na siłę wiązania kleju.

W przypadku płyt ceramicznych o grubości 2 mm, jak dotąd nie opracowano skutecznej metody łączenia ani z podkonstrukcją nośną ani bezpośrednio z warstwą termoizolacyjną. Wynika to z tego, iż płyty o takiej grubości są zbyt delikatne i podatne na uszkodzenia, by mogły być montowane na podkonstrukcji nośnej z wykorzystaniem systemu klejącego. Natomiast wszystkie próby opracowania technologii klejenia bezpośrednio do warstwy materiału termoizolacyjnego zakończyły się niepowodzeniem, ponieważ tak cienkie płyty, zwłaszcza w przypadku płyt o dużych powierzchniach, po przyklejeniu ulegały odkształceniu w przeróżny sposób, w wyniku różnicy w rozszerzalnościach cieplnych łączonych materiałów, co skutkowało drastycznym obniżeniem adhezji płyty do materiału termoizolacyjnego i w konsekwencji jej odpadnięciem.

Dlatego też, w dziedzinie elewacji wiecznotrwałych, istnieje zapotrzebowanie na gotowe do użycia panele konstrukcyjne będące jednocześnie panelami elewacyjno-termoizolacyjnymi, oraz opracowanie sposobu trwałego łączenia płyt elewacyjnych, zwłaszcza o mniejszych grubościach i większych powierzchniach z panelem termoizolacyjnym i systemem jego mocowania do ściany budynku z wytworzeniem gotowego do użycia panelu elewacyjno-termoizolacyjnego.

A zatem, celem niniejszego wynalazku było opracowanie gotowego do użycia kompozytowego panelu termoizolacyjnego łączącego w sobie jednocześnie trzy elementy:

- płyty ceramicznej pełniącej funkcje ochronne i dekoracyjne;

- warstwy pełniącej funkcję izolacji termicznej; i

- systemu mocowania panelu elewacyjno-termoizolacyjnego na ścianach budynku.

Kolejnym celem niniejszego wynalazku było opracowanie sposobu trwałego łączenia płyt elewacyjnych z warstwą izolacji termicznej i systemem mocowania panelu, umożliwiającego wytwarzanie gotowych do użycia kompozytowych paneli elewacyjno-termoizolacyjnych.

Cele te zostały zrealizowane przez opracowanie kompozytowych paneli elewacyjno-termoizolacyjnych oraz sposobu ich wytwarzania.

A zatem, przedmiotem niniejszego wynalazku jest kompozytowy panel elewacyjnotermoizolacyjny, charakteryzujący się tym, że obejmuje płytę elewacyjną i stelaż, korzystnie metalowy, które są trwale połączone ze sobą za pośrednictwem warstwy izolacyjnej, przy czym warstwę izolacyjną stanowi pianka z tworzywa sztucznego, która podczas procesu spieniania trwale łączy płytę elewacyjną i stelaż, przy czym pianką z tworzywa sztucznego jest pianka polistyrenowo-poliuretanowa PSUR, przy czym PSUR jest kompozytem dwóch tworzyw sztucznych: sztywnej pianki poliuretanowej (PUR) oraz spienionego polistyrenu (EPS).

Korzystnie, płyta elewacyjną jest wybrana spośród takich jak płyta ceramiczna, płyta z kamienia naturalnego lub sztucznego, płyta ze szkła, płyta z metalu lub stopów metali, płyta z drewna, płyta z forniru drewnianego lub drewnopodobnego, płyta włókno-cementowa, płyta kartonowo-gipsowa lub tym podobne.

Korzystnie, płytę elewacyjną stanowi płyta ceramiczna.

Korzystnie, płyta elewacyjną ma grubość od 0,1 mm do 10 cm.

Korzystnie, pianka z tworzywa sztucznego jest wybrana spośród takich jak pianka poliuretanowa, pianka poliestrowa, pianka polistyrenowa lub mieszaniny i kompozyty tych pianek, takie jak pianka polistyrenowo-poliuretanowa PSUR.

Korzystnie, piankę z tworzywa sztucznego stanowi pianka polistyrenowo-poliuretanowa PSUR.

Korzystnie, grubość warstwy izolacyjnej wynosi od 4 do 25 cm, korzystniej od 8 do 16 cm, a najbardziej korzystnie od 10 do 14 cm.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytowego panelu elewacyjno-termoizolacyjnego, charakteryzujący się tym, że obejmuje etapy, w których:

- na dnie otwartej formy wstępnie podgrzanej do temperatury od 10 do 100°C umieszcza się płytę elewacyjną,

- formę zamyka się jest płytą o dużej wytrzymałości, do powierzchni której przymocowany jest uprzednio wykonany stelaż,

- następnie do formy dozuje się piankę, która ekspandując, wypełnia wnętrze formy i pozostawia się ją w formie aż do zakończenia procesu polimeryzacji i utwardzania, przy czym pianką jest pianka polistyrenowo-poliuretanowa PSUR, przy czym PSUR jest kompozytem dwóch tworzyw sztucznych: sztywnej pianki poliuretanowej (PUR) oraz spienionego polistyrenu (EPS),

PL 230 119 B1

- po zakończeniu procesu polimeryzacji i utwardzania, formę otwiera się poprzez podniesienie pokrywy i rozsunięcie ścian bocznych formy.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku stosuje się formę, której boczne ściany pokryte są materiałem nieprzywierającym do polimeryzującej pianki, korzystnie takim jak teflon, tarflen.

Korzystnie, otwieranie formy wspomagane jest impulsem powietrza o wysokim ciśnieniu dostającego się pomiędzy ścianki panelu i formy przy pomocy kanalików utworzonych w ścianach formy.

Korzystnie, wytworzone panele następnie poddaje się kondycjonowaniu w temperaturze od 10 do 30°C przez okres od 2 do 30 godzin.

Przedmiotem wynalazku jest także kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny wytworzony wyżej zdefiniowanym sposobem.

Wynalazek dotyczy także zastosowania kompozytowego panelu elewacyjno-termoizolacyjnego według niniejszego wynalazku do jednoczesnego montowania elewacji i ocieplania budynków, zwłaszcza wysokich budynków.

Przykład realizacji kompozytowego panelu elewacyjno-termoizolacyjnego według niniejszego wynalazku przedstawiono na figurach rysunku, gdzie:

na fig. 1 zilustrowano kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny według wynalazku w rzucie perspektywicznym;

na fig. 2 zilustrowano kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny według wynalazku w przekroju wzdłuż linii A-A pokazanej na fig. 1; a na fig. 3 i fig. 4 pokazano zdjęcia kompozytowego panelu elewacyjno-termoizolacyjnego według wynalazku po przeprowadzonym teście palności.

Kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny według niniejszego wynalazku, przedstawiony na figurach rysunku wytwarza się w znanym procesie niskociśnieniowego wylewania do formy mieszaniny surowców do powstawania pianki polistyrenowo-poliuretanowej PSUR, która jest kompozytem dwóch tworzyw sztucznych: sztywnej pianki poliuretanowej (PUR) oraz spienionego polistyrenu (EPS). Na dnie otwartej formy wykonanej ze znanych materiałów o dużej wytrzymałości i sztywności np. ze stali lub z żeliwa, o kształcie odzwierciedlającym docelowy kształt panelu, umieszcza się płytę elewacyjną. Płyta elewacyjną może być wykonana ze wszelkich znanych materiałów elewacyjnych. Mogą to być płyty ceramiczne, płyty z kamienia naturalnego lub sztucznego, szkła, metali lub drewna i forniru drewnianego lub drewnopodobnego, płyty włókno-cementowe, kartonowo-gipsowe lub tym podobne. Grubość i rodzaj płyty musi być tak dobrana, aby jej ciężar przeliczony na jednostkę powierzc hni nie powodował naprężeń przekraczających wytrzymałość zastosowanej pianki termoizolacyjnej, jaką pianka uzyskuje po zakończeniu procesu produkcyjnego, co mogłoby powodować zniszczenie pianki i odspojenie płyty elewacyjnej i jej odpadnięcie od panelu. Obliczenie maksymalnej grubości pianki spełniający ten warunek dokonuje się przy pomocy znanych metod inżynierskich. Minimalna grubość zastosowanych płyt elewacyjnych ograniczona jest względami estetycznymi związanymi z ewentualnych prześwitywaniem pianki przez warstwę płyty. Wynikające z tego warunku grubości płyt wahają się od 0,1 mm dla blach metalowych do 10 mm dla płyt włókno-cementowych i innych lekkich materiałów. Boczne ściany formy pokryte są materiałem nieprzywierającym do polimeryzującej pianki, np. teflonem, tarflenem itp. Forma zamykana jest płytą o dużej wytrzymałości, tak dobranej przy pomocy znanych reguł projektowania, żeby wytrzymała ciśnienie ekspandującej i polimeryzującej pianki. Do powierzchni pokrywy mocowany jest uprzednio wykonany stelaż metalowy. Mocowanie dokonywane jest przy pomocy magnesów stałych zamocowanych w pokrywie formy lub innymi znanymi sposobami. Pianka dozowana jest z głowicy maszyn mieszających i dozujących powszechnie dostępnych na rynku. Wnętrze formy podgrzewa się wstępnie do temperatury od 10 do 100 stopni Celsjusza. Pianka termoizolacyjna, ekspandując, wypełnia wnętrze formy, przylegając silnie do płyty elewacyjnej, jak i do stelaża dzięki siłom adhezji. Pianka pozostaje w formie, aż do zakończenia procesu polimeryzacji i utwardzania. Po zakończeniu procesu polimeryzacji i utwardzania, formę otwiera się poprzez podniesienie pokrywy i rozsunięcie ścian bocznych formy. Proces ten wspomagany jest impulsem powietrza o wysokim ciśnieniu dostającego się pomiędzy ścianki panelu i formy przy pomocy niewielkich kanalików wykonanych uprzednio w ścianach formy. Po wyjęciu z formy i ostygnięciu do temperatury otoczenia, kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny gotowy jest do użytku.

Zaproponowane przez Twórców niniejszego wynalazku rozwiązanie to kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny składający się z trzech elementów, spełniających trzy oddzielne funkcje. Pierwszy element to metalowy szkielet, korzystnie lekki stalowy, będący konstrukcją nośną, a zarazem elementem systemu mocowania panelu na ścianie budynku. Drugim elementem są płyty elewacyjne,

PL 230 119 B1 takie jak płyty ceramiczne, płyty z kamienia naturalnego lub sztucznego, szkła, metali lub drewna i forniru drewnianego lub drewnopodobnego, płyty włókno-cementowe, płyty kartonowo-gipsowe lub tym podobne, korzystnie płyty ceramiczne, na przykład takie jak płyty produkowane przez włoską firmę Laminam S.P.A. Wybór płyt ceramicznych, jako korzystnych, wynika ze szczególnych cech tego materiału. Powierzchnia tych płyt jest bardzo twarda i odporna na zarysowania mechaniczne i całkowicie bierna chemicznie. Te właśnie właściwości płyt ceramicznych sprawiają, że są one odporne na warunki atmosferyczne oraz pozwalają na łatwe utrzymanie czystości (odporność na graffiti). Dodatkowo płyty ceramiczne tego typu charakteryzują się bliską zeru nasiąkliwością i dzięki temu całkowitą mrozoodpornością. Jednocześnie są doskonałym materiałem dekoracyjnym, o wyjątkowych walorach estetycznych.

Elementem zespalającym metalowy szkielet oraz płyty elewacyjne jest trzeci składnik - warstwa materiału izolacyjnego, takiego jak pianka polistyrenowo-poliuretanowa PSUR. Materiał ten jest kompozytem składającym się z dwóch tworzyw sztucznych: sztywnej pianki poliuretanowej (PUR) oraz spienionego polistyrenu (EPS). Jest ich fizyczną mieszaniną. W zaproponowanym rozwiązaniu te trzy elementy są łączone w jednym procesie: w wyniku prasowania, klejenia oraz jednoczesnego sieciowania pianki poliuretanowej i ekspansji polistyrenu następuje bardzo trwałe połączenie płyty el ewacyjnej z systemem mechanicznych zawiesi oraz materiałem termoizolacyjnym PSUR.

Skonstruowanie przez Twórców niniejszego wynalazku prototypu panelu termoizolacyjnego potwierdziło możliwość integracji w jednym procesie (w jednym etapie) trzech tak różnych materiałów jak stal, płyta ceramiczna oraz materiał izolacyjny. Kluczowym elementem był wybór kompozytu PSUR jako materiału łączącego płyty ceramiczne z systemem mechanicznych zawiesi. Kompozyt ten to jeden z nielicznych materiałów polimerowych, który jest jednocześnie materiałem termoizolacyjnym, materiałem konstrukcyjnym, o bardzo dobrych właściwościach mechanicznych, i posiada w momencie tworzenia doskonałe właściwości adhezyjne, pozwalające połączyć materiał kompozytowy w jedną całość. Tak więc, zastosowanie kompozytu PSUR stworzyło możliwość trwałego połączenia stalowego szkieletu nośnego z ceramiczną płytą w jednym procesie - w czasie syntezy pianki poliuretanowej oraz ekspansji granulatu polistyrenu. Równie istotny jest również fakt, że kompozyt PSUR, co jest bardzo istotne na rynku materiałów budowlanych, jest materiałem znacznie tańszym od sztywnych pianek poliuretanowych.

Następną korzystną właściwością rozwiązania zaproponowanego przez Twórców niniejszego wynalazku jest to, w odróżnieniu do wcześniej przedstawionych wieloetapowych technologii wykonywania elewacji budynków, że zastosowanie tego typu paneli pozwala na tworzenie izolowanych termiczne ścian budynków w jednym etapie. Fasada budynku jednocześnie pokrywana jest warstwą izolacyjną oraz ceramiczną warstwą ochronną. Ponadto, montaż tego typu płyt może być wykonany przez pracowników po przeszkoleniu ogólnym, przy użyciu podstawowych narzędzi budowlanych.

Zaproponowane rozwiązanie jest zatem wyjątkowe, dotychczas niespotykane wśród innych producentów materiałów dla budownictwa. Jest to rozwiązanie, dzięki któremu możliwe będzie wprowadzenie na światowy rynek materiałów budowlanych po raz pierwszy panelu składającego się jednocześnie z systemu mocowania, warstwy izolacyjnej oraz płyty ceramicznej o małej grubości, na przykład 2 oraz 3 mm, pozwalając na tworzenie wiecznotrwałych elewacji budynków, o bardzo atrakcyjnym wyglądzie i doskonałych parametrach użytkowych.

Opis kompozytu PSUR

Łączenie dwóch bardzo różnych materiałów w materiał kompozytowy to zawsze dla jego konstruktorów wielka niewiadoma. W efekcie takiego połączenia można uzyskać materiał posiadający wady obu jego składników, ale można też uzyskać nowy materiał, o niespotykanych i szczególnie cennych właściwościach. Tak również się stało przy połączeniu dwóch dotychczas dobrze znanych materiałów: sztywnej pianki poliuretanowej (PUR) oraz polistyrenu ekspandowanego (EPS).

EPS (styropian) jest tanim i bardzo często stosowanym w budownictwie materiałem izolacyjnym. Jego podstawowymi zaletami jest łatwość montażu oraz cena tego rodzaju izolacji. Nie jest on jednak pozbawiony szeregu wad, takich jak:

- mała odporność na uszkodzenia mechaniczne;

- dość wysokie koszty eksploatacji związane z naprawą uszkodzeń mechanicznych, z tynkowaniem i malowaniem elewacji;

- pod wpływem podwyższonej temperatury płyty EPS ulegają stopieniu i całkowicie tracą swoje właściwości termoizolacyjne i mechaniczne;

PL 230 119 B1

- płyty EPS stosowane w budownictwie są płytami samogasnącymi ale nie są niepalne, nie można więc ich stosować w wysokich budynkach;

- bardzo mała odporność na działanie substancji chemicznych, w szczególności rozpuszczalników zawartych w klejach;

- EPS, ze względu na otwarte kanały w jego strukturze, nie jest materiałem całkowicie wodoodpornym. Tym samym jest on podatny na możliwość przemarzania i wymrażania wody kondensującej w strefie rosy.

Współczynnik przewodnictwa cieplnego EPS zależy od gęstości i technologii jego produkcji i waha się w granicach 0,032-0,042 W/mK, (Elżbieta Radziszewska-Zielina: Przegląd Budowlany, 4/2009).

Wszystkich wymienionych wad płyt EPS nie posiada sztywna pianka poliuretanowa (PUR). Jest to doskonały materiał termoizolacyjny, cechujący się również bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi. Jej gęstość jest zbliżona do EPS natomiast współczynnik przewodnictwa cieplnego PUR zawarty jest w granicach od 0,023 W/mK (zamknięte komórki) do 0,035 W/mK (pianka otwartokomórkowa). Pomimo tych wszystkich zalet zastosowanie tego materiału w budownictwie jest ograniczone jego ceną. Koszt płyty ze sztywnej pianki poliuretanowej jest kilkakrotnie wyższy od analogicznej płyty ze styropianu. I właśnie koszt tego typu izolacji bardzo ogranicza jej zastosowanie w budownictwie mieszkaniowym, (Elżbieta Radziszewska-Zielina: Przegląd Budowlany, 4/2009).

Kompozytowy materiał polimerowy PSUR to połączenie dwóch tworzyw sztucznych, których cechy zostały opisane powyżej. To nowy materiał i o szczególnych właściwościach, który z pewnością w przyszłości znajdzie bardzo szerokie zastosowanie w technologiach materiałów izolacyjnych oraz budowlanych. Materiał ten został opracowany przez polską firmę HIT Konsulting, a proces otrzymywania tego kompozytu został zgłoszony do ochrony patentowej w szeregu zgłoszeń patentowych (PL387535, PL395886, PL396151, PL396152). Otrzymywanie PSUR polega na jednoczesnej syntezie i sieciowaniu sztywnej pianki poliuretanowej (proces dwuskładnikowy) oraz współspienienia (współekspansji) granulatu polistyrenu, stosowanego do produkcji styropianu. Otrzymany w ten sposób materiał jest więc mieszaniną dwóch tworzyw sztucznych, kompozytem wykazującym cechy emergentne, niewystępujące oddzielnie w każdym z komponentów tworzących docelowy produkt. Połączenie dwóch tak bardzo różnych materiałów - ekspandowanego polistyrenu oraz sztywnej pianki poliuretanowej, w jednym procesie opisanym powyżej, pozwoliło stworzyć szczególny materiał, łączący wyjątkowe zalety sztywnej pianki poliuretanowej i jednocześnie zdecydowanie obniżyć jego koszt, bez znaczącego pogorszenia właściwości samej pianki.

Otrzymywany, w jednoczesnym procesie sieciowania i współspienienia w momencie powstawania, kompozyt poliuretanu i polistyrenu jest doskonałym materiałem adhezyjnym (klejem), ściśle przylegającym do powłok porowatych (cegła, beton, kamień naturalny i sztuczny, ceramika), ale również do metalowego szkieletu nośnego. To właśnie ta właściwość tego materiału, połączona z jednoczesnym procesem prasowania w podwyższonej temperaturze w czasie powstawania kompozytowego panelu termoizolacyjnego według niniejszego wynalazku, pozwala na zastosowanie go jako materiału wiążącego ze sobą stalowy system zawiesi oraz płytę ceramiczną. W ten sposób nie powstają szczeliny, które mogłaby penetrować woda deszczowa lub woda kondensująca się w warunkach wysokiej wilgotności powietrza. Nie obserwuje się również zjawiska „podchodzenia” wody pod szczeliny, co grozi odspajaniem płytek elewacji w wyniku przemarzania w okresie zimowym.

Ponieważ osnową PSUR jest sztywna pianka poliuretanowa, to generalnie materiał ten zachowuje jej doskonałe właściwości: jest on trwały mechaniczne, nie pęka i nie wykrusza się. Jednocześnie, ma on odpowiednie właściwości konstrukcyjne pozwalające na montaż ceramicznych płyt elewacyjnych nie jako fasad wentylowanych, lecz jako płyt klejonych i mocowanych bezpośrednio na ścianach zewnętrznych izolowanych obiektów.

Kompozyt PSUR, odznacza się niskim współczynnikiem pochłaniania wilgoci. W związku z tym nie następuje w nim znacząca dyfuzja wilgoci do zewnętrznych warstw izolacji. W okresie zimowym nie następuje zatem wymrożenie wody w zamkniętych komórkach pianki izolacyjnej. W efekcie zaproponowana konstrukcja panelu elewacyjnego zintegrowanego z termoizolacją z materiału PSUR nie jest narażona na destrukcyjne działanie wymrażanej wody. Nie następuje więc pogorszenie term oizolacyjności w związku z nasiąkaniem warstwy izolacyjnej wodą czy możliwość odspojenia zewnętrznej warstwy ceramicznej.

Ponieważ kompozytowy materiał PSUR, oparty jest na usieciowanym tworzywie poliuretanowym, jest również bardzo odporny chemicznie. Stwarza to możliwość stosowania różnorodnych i barPL230 119 Β1 dzo silnie wiążących klejów przemysłowych, np. w czasie klejenia tego materiału do ściany budynku czy też klejenie poszczególnych paneli pomiędzy sobą w czasie montażu elewacji.

Również kompozytowa struktura materiału PSUR powoduje, że materiał ten posiada dobre parametry tłumienia akustycznego. Znacznie lepiej tłumi dźwięk niż jednofazowe materiały, tj. styropian i pianka poliuretanowa. Ustępuje natomiast na tym polu jedynie wełnie mineralnej.

Choć sam materiał term o izolacyjny PSUR jest materiałem palnym w klasie: „nierozprzestrzeniający ognia”, to panele tego typu mają wysoką klasę odporności pożarowej, ponieważ montaż zapewnia brak dopływu tlenu do materiału izolacyjnego. Ponadto osnowa poliuretanowa, wyżarzając się w temperaturze powyżej 140°C nie rozpada się, lecz tworzy specyficzny żużel, który w dalszym ciągu jest zdolny do utrzymania zewnętrznej warstwy ceramicznej ze względu na jej niską grubość i co za tym idzie ciężar. To zaś w dalszym ciągu odcina termoizolację od dopływu tlenu i zapewnia bezpieczeństwo w trakcie ewentualnej akcji ratowniczej czy gaśniczej.

Podobnie jak w przypadku pianek poliuretanowych, kompozyt PSUR ze względu 15 na swoje właściwości mechaniczne i chemiczne jest odporny na działanie różnego rodzaju mikroorganizmów, pleśni oraz gryzoni.

Podstawowe cechy tego tworzywa zebrano w poniższej tabeli:

1.	Wyższa termoizolacyjność	Przewodność cieplna materiału, Współczynnik przenikania ciepła przez ścianę.	λ = 0,03 W/m K, U = 0,2 W/m²K
2.	Wiecznotrwałość	Odporność na przemarzanie, degradację mechaniczną, chemiczną, biologiczną itp.	Trwałość min., 50-100 lat
3.	Zespolona konstrukcja	Wykorzystano niezwykle dobrą adhezję materiału PSUR do wszystkich materiałów budowlanych, zespalając płyty ceramiczne z warstwą materiału PSUR w procesie ekspandowania pianki PSUR w zamkniętych formach. Uprzemysłowiono w ten sposób proces wykonywania izolacji budynków,	Łatwość operowania gwarantuje niskie koszty montażu. Izolacja i płyta elewacyjna montowana jest w jednej operacji.
4.	Dobra	Brak dopływu tlenu do materiału	Klasa odporności
	wytrzymałość ogniowa	izolacyjnego. Niski ciężar płyt ceramicznych zapewnia utrzymanie ich na elewacji nawet przez zdegradowany termicznie materiał, przez co odcięcie od tlenu zapewnione jest przez długi okres czasu.	pożarowej: El 60 (do budynków wysokich)
5.	Bardzo niska chłonność wilgoci	Materiał o porach zamkniętych, bez szczelin międzyfazowych. Niska zawartość wody zapewnia nie uszkadzanie komórek przez wymarzającą wodę kondensującą się w warstwie rosy. Pozwala to nie stosować elewacji wentylowanych.	μ < 3% (dla wełny mineralnej μ > 90%)

PL230 119 Β1

6.	Bardzo niska waga przy dużych rozmiarach paneli	Ze względu na możliwość stosowania bardzo cienkich płyt, gęstość powierzchniowa wraz z ciężarem izolacji i mocowania jest rekordowo mała	Gęstość powierzchniowa < 10 kg/m2
7.	Wysoka estetyka	W przypadku stosowania płyt ceramicznych firmy LAMINAM, wysoka czystość kwarcytów pozwala na uzyskiwanie czystych barw płyt laminamowych.	Bardzo atrakcyjny wygląd - „włoski design”
8.	Niższa grubość ścian	Wynika z dobrej izolacyjności PSUR i nie stosowania szczeliny wentylacyjnej, zespolonej konstrukcji i nowatorskich rozwiązań systemu montażu.	Całkowita grubość elewacji wraz z izolacją wynosi około 12 cm dla domu energooszczędnego
9.	Dobre tłumienie akustyczne	Struktura kompozytowa zapewnia rozpraszanie fal dźwiękowych na granicach fazy poliuretanowej i polistyrenowej.	Tłumienie > 32 dB
10	Atrakcyjna cena	Niższe niż dla pianki PUR ceny materiału PSUR, niższy koszt cienkich płyt ceramicznych, niższe koszty montażu powodują możliwość osiągnięcia rekordowo niskiej ceny wykonania wysokiej jakości elewacji wiecznotrwałej energooszczędnej.	350 zł/m² - elewacja energooszczędna. 390 zł/m² - elewacja domu pasywnego

Opis panelu termoizolacyjnego

W Twórcy niniejszego wynalazku wytworzyli prototyp kompozytowego panelu elewacyjno-termoizolacyjnego. Budowa odpowiedniej formy oraz wytworzenie takiego panelu było znacznym wyzwaniem konstrukcyjnym oraz technologicznym, ale w ten sposób udowodniono, że jest możliwe wytworzenie w jednym etapie kompozytowego panelu elewacyjno-termoizolacyjnego, składającego się z systemu zawiesi mechanicznych, płyty elewacyjnej oraz warstwy kompozytowego materiału termoizolacyjnego, będącego jednocześnie materiałem konstrukcyjnym oraz termoizolacyjnym, spajającym poszczególne elementy.

Poszczególne panele elewacyjno-termoizolacyjne są mocowane do ściany budynku za pomocą kołków rozporowych. Konstrukcja systemu zawiesi mechanicznych umożliwia regulację położenia poszczególnych paneli względem ściany oraz względem kolejnych elementów elewacji. Poszczególne elementy fasady budynku - panele elewacyjno-termoizolacyjne nie są ze sobą klejone a jedynie łączone na „zamek” - kolejne panele nachodzą na siebie. Pomiędzy ścianą budynku a tylną ścianą panelu zachowuje się około 1 cm przerwę, którą można wypełnić lekką pianką poliuretanową. Takie rozwiązanie pozwala na układanie paneli elewacyjno-termoizolacyjnych na budynku o nierównej powierzchni ścian oraz uniemożliwia tworzenie mostków termicznych na złączach poszczególnych płyt.

PL 230 119 B1

Aby uniknąć przedostawania się wody pomiędzy elementy elewacji, oraz zachować bardzo atrakcyjny wygląd tworzonej w ten sposób elewacji, w proponowanym rozwiązaniu spoiny pomiędzy poszczególnymi płytami elewacyjnymi paneli są fugowane i uszczelniane odpowiednimi masami klejowymi.

Obustronne uszczelnienie warstwy termoizolacyjnej PSUR, za pomocą pianki poliuretanowej od wewnątrz oraz masą klejową pomiędzy poszczególnymi płytami elewacyjnymi, powoduje że materiał ten w praktyce nie ma kontaktu z tlenem z powietrza. W ten sposób nie jest możliwa powolna degradacja materiału organicznego jakim jest PSUR, jaka mogłaby nastąpić w ciągu wielu lat eksploatacji. To sprawia, że zastosowanie tego typu paneli oraz opisanego sposobu ich montażu umożliwia wytworzenie wiecznotrwałych elewacji budynku.

Przedstawiona konstrukcja paneli elewacyjno-termoizolacyjnych oraz sposób ich montażu jako elewacji na ścianach budynków ma również szereg dodatkowych zalet:

- łatwość i szybkość montażu gotowych paneli elewacyjno-termoizolacyjnych;

- możliwość wykonywania elewacji przez pracowników posiadających jedynie ogólne przeszkolenie oraz podstawowe narzędzia budowlane;

- konstrukcja systemu zawiesi mechanicznych oraz zastosowanie systemu zakładek pozwala na łatwe poziomowanie oraz przesunięcie poszczególnych paneli względem siebie, tak aby móc dostosować wykonywaną w ten sposób elewację do zmiennych wymiarów ścian budynku;

- poszczególne panele elewacyjno-termoizolacyjne w zaproponowanym systemie mocowania są związane mechanicznie ze ścianą budynku oraz pomiędzy sobą, nie ma więc możliwości odklejania się czy nawet odpadnięcia poszczególnych elementów elewacji budynku;

- system zawiesi mechanicznych schowanych za izolacją termiczną uniemożliwia tworzenie się mostków cieplnych;

- 10-14 cm, a zwłaszcza 12 cm warstwa materiału termoizolacyjnego PSUR odpowiada około 15-20 cm warstwie styropianu stosowanej w domach energooszczędnych;

- mniejsza paroprzepuszczalność w stosunku do tradycyjnie wykonanych elewacji.

Korzystne efekty wynalazku

1. Wysoka termoizolacyjność: oszczędność energii i niższe koszty ogrzewania obiektów.

2. Wiecznotrwałość: dłuższe okresy eksploatacji (bez konieczności remontów), większa odporność na czynniki atmosferyczne, uszkodzenia mechaniczne i biologiczne, łatwość konserwacji, wyższa od płyt styropianowych ognioodporność i związana z tym możliwość stosowania na ścianach wysokich budynków.

3. Zespolona konstrukcja: łatwość montażu, skrócenie czasu i kosztów montażu, efektywność ekonomiczna transportu, uprzemysłowienie procesu produkcji izolacji (brak ryzyka niedostatecznej izolacji ze względu na rzemieślniczy charakter jej wykonywania na placu budowy: brak nadzoru, złe warunki atmosferyczne, brak wykwalifikowanych pracowników-izolerów).

4. Bardzo niska chłonność wilgoci: zwiększenie trwałości budynku poprzez uniknięcie degradacji izolacji i odpryskiwania lub odklejania płyt elewacyjnych na skutek przemarzania i wymrażania wody kondensującej się w strefie rosy i dłuższe okresy eksploatacji.

5. Zmniejszenie grubości ścian: eliminacja pustki/szczeliny powietrznej koniecznej w elewacjach wentylowanych, możliwość wykonywania dużo cieńszych ścian izolowanych, w efekcie poprawienie estetyki architektury dzięki mniejszemu zagłębieniu okien, możliwość uzyskania większej powierzchni efektywnej obiektu w obrysie.

6. Bardzo niska waga przy dużych rozmiarach paneli: zmniejszenie obciążenia ścian, zwiększenie bezpieczeństwa zarówno podczas montażu, jak i eksploatacji, zwiększenie bezpieczeństwa w razie pożaru lub wstrząsów tektonicznych i obsunięć gruntu, niższe koszty transportu.

7. Wysoka estetyka: możliwość tworzenia nieograniczonego wzornictwa i kolorystyki fasad, możliwość zastosowania pożądanych przez rynek paneli izolacyjnych o dużych rozmiarach, możliwość uzyskania efektu nowoczesnej elewacji, odporność na zabrudzenia i graffiti.

8. Atrakcyjna cena: możliwość obniżenia kosztu najwyższej jakości wiecznotrwałej elewacji przy zachowaniu wysokiej estetyki i doskonałych własnościach termoizolacyjnych.

Przykład kompozytowego panelu elewacyjno-termoizolacyjnego według niniejszego wynalazku przedstawiono na fig. 1 i fig. 2. Panel składa się z ceramicznej płyty elewacyjnej 1 o grubości 3 mm, szerokości 50 cm i wysokości 150 cm, stelaża stalowego 3 o budowie przedstawionej na fig. 1 i fig. 2, które są połączone ze sobą z wykorzystaniem spajającej warstwy spienionego materiału PSUR 3 o grubości 12 cm. Panel ten wytworzono w następujący sposób:

PL 230 119 B1

Na dnie otwartej formy stalowej umieszczono płytę ceramiczną Laminam 1 o podanych wyżej wymiarach. Boczne ściany formy pokryto teflonem. Formę zamknięto pokrywą o dużej wytrzymałości, do powierzchni której przymocowano z wykorzystaniem magnesów stałych uprzednio wykonany stelaż stalowy, przedstawiony na rys. 2. Następnie, do formy dozowano piankę z głowicy maszyny mieszającej i dozującej. Wnętrze formy było wstępnie podgrzane do temperatury około 50 stopni Celsjusza. Pianka termoizolacyjna, ekspandując, wypełniła wnętrze formy, przylegając silnie do płyty ceramicznej, jak i do stelaża stalowego dzięki siłom adhezji. Piankę pozostawiono w formie, aż do zakończenia procesu polimeryzacji i utwardzania. Po zakończeniu procesu polimeryzacji i utwardzania, formę otwarto poprzez podniesienie pokrywy i rozsunięcie ścian bocznych formy. Proces ten wspomagano impulsem powietrza o wysokim ciśnieniu dostającym się pomiędzy ścianki panelu i formy przy pomocy niewielkich kanalików wykonanych uprzednio w ścianach formy. Po wyjęciu z formy i ostygnięciu do temperatury otoczenia, kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny był gotowy do użytku.

Otrzymany kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny poddano testom palności według standardowej procedury Instytutu Techniki Budowlanej z Warszawy.

Przedmiotem badania był panel elewacyjny wykonany z płyty Laminam zintegrowanej z izolacją wykonaną z materiału PSUR.

Wymiary:

Płyta Laminam: 1500 x 500 x 3 mm

Izolacja PSUR: 1510 x 510 x 120 mm

Stanowisko badawcze imitowało okno z badanym panelem umieszczonym ponad oknem. Test palności imitował naturalny pożar wewnątrz budynku, w pobliżu okna. Przyjęto, że czas palenia wyniesie 30 minut, co wystarcza na uzyskanie certyfikatu dopuszczającego do zastosowania w budownictwie. Ogień wytwarzany był przez spalenie odmierzonej ilości drewna, tak aby otrzymać przewidziany procedurą impuls energetyczny i określoną ilość ciepła. Do spalania użyto suchego drewna brzozowego. W trakcie spalania okazało się, że ta ilość drewna nie była wystarczająca do podtrzymywania ognia przez cały okres testu. Z tego powodu dodatkową porcję drewna dołożono po 15 minutach, a następnie kolejną porcję po 30 minutach testu. Ściana tylna i ściany boczne panelu były izolowane wełną mineralną, ażeby zapobiec bezpośredniemu spalaniu materiału izolacyjnego PSUR. Temperatura zewnętrzna wynosiła około 10°C.

Do pomiaru temperatury użyto pirometru Conbest, model testo 845. Do badania rozkładu temperatur użyto kamer termograficznych Vigo, modele V20 i V50 stosowane do pomiarów nisko- i wysokotemperaturowych. Przebieg procesu dokumentowano zdjęciami fotograficznymi i filmowano.

Ze względu na doskonałą odporność pożarową, czas testu przedłużono do 50 minut. Rejestrowane termogramy odzwierciedlały rozkład temperatur na powierzchni badanego panelu. Tylna strona panelu nie wykazywała znaczącego wzrostu temperatury, która wyniosła maksimum około 20°C. Maksymalną temperaturę uzyskano przy dolnej krawędzi płyty, która wynosiła 485,2°C.

Po zakończeniu testu panel został przecięty wzdłuż linii środkowej. Na fig. 3 pokazano zdjęcie przeciętego wzdłuż linii środkowej panelu, na którym wyraźnie widać, iż ogień nie rozprzestrzenił się do wnętrza panelu, nastąpiło jedynie zwęglenie zewnętrznej warstwy materiału PSUR, które nie doprowadziło jednak do zniszczenia panelu, odspojenia stelażu metalowego i odpadnięcia zewnętrznej warstwy elewacyjnej. Wysoki gradient temperatury spowodował co prawda pęknięcie powierzchni płyty ceramicznej, jednak ze względu na jej silną adhezję do materiału izolacyjnego nie obserwowano odpadania żadnych jej fragmentów od panelu. Na fig. 4 pokazano przekrój panelu ze wskazaniem jego poszczególnych elementów.

Testowany panel wytrzymał 45 minutowy test palenia. Nie zaobserwowano rozprzestrzeniania się ognia. Żadne fragmenty płyty laminam nie odpadały od panelu. Nie obserwowano odspojenia stelaża stalowego. Nadpalona tylna powierzchnia panelu była skutkiem słabej izolacji termicznej tylnej powierzchni. Po zamocowaniu na ścianie budynku ten efekt się nie pojawi, ze względu na brak kontaktu z otwartym ogniem.

Z punktu widzenia odporności ogniowej, największe niebezpieczeństwo stwarzają wysokie gradienty temperatury, które prowadzą do pękania powierzchni płyty ceramicznej. Tworzące się wówczas szczeliny dają dostęp powietrza do materiału izolacyjnego. Mimo to, ze względu na bardzo małą masę płytek laminam, płytki te pozostają przyklejone do żużla powstającego w wyniku częściowego nadpalenia materiału PSUR. Z tego powodu dopływ tlenu jest ograniczony i niemożliwe jest dalsze s palanie materiału izolacyjnego. To zabezpiecza całą konstrukcje elewacji przed rozprzestrzenianiem ognia i umożliwia stosowanie paneli termoizolacyjnych do pokrywania wysokich budynków.

Claims

1. Kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny, znamienny tym, że obejmuje płytę elewacyjną (1) i stelaż (3) będący konstrukcją nośną, a zarazem elementem systemu mocowania panelu na ścianie budynku, korzystnie metalowy, które są trwale połączone ze sobą za pośrednictwem warstwy izolacyjnej (2), przy czym warstwę izolacyjną stanowi pianka z tworzywa sztucznego, która podczas procesu spieniania trwale łączy płytę elewacyjną (1) i stelaż (3), przy czym pianką z tworzywa sztucznego jest pianka polistyrenowo-poliuretanowa PSUR, przy czym PSUR jest kompozytem dwóch tworzyw sztucznych: sztywnej pianki poliuretanowej (PUR) oraz spienionego polistyrenu (EPS).

2. Kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że płytę elewacyjną (1) stanowi płyta ceramiczna.

3. Kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że płyta elewacyjną (1) ma grubość od 0,1 mm do 10 cm.

4. Kompozytowy panel elewacyjno-termoizolacyjny według któregokolwiek z zastrz. 1-3, znamienny tym, że grubość warstwy izolacyjnej (2) wynosi od 4 do 25 cm, korzystnie od 8 do 16 cm, a najbardziej korzystnie od 10 do 14 cm.

5. Sposób wytwarzania kompozytowego panelu elewacyjno-termoizolacyjnego, znamienny tym, że obejmuje etapy, w których:

- na dnie otwartej formy wstępnie podgrzanej do temperatury od 10 do 100 °C umieszcza się płytę elewacyjną (1),

- formę zamyka się jest płytą o dużej wytrzymałości, do powierzchni której przymocowany jest uprzednio wykonany stelaż (3),

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się formę, której boczne ściany pokrywa się materiałem nieprzywierającym do polimeryzującej pianki, korzystnie takim jak teflon, tarflen, po uprzednim umieszczeniu w formie płyty ceramicznej.

7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że otwieranie formy wspomagane jest impulsem powietrza o wysokim ciśnieniu dostającego się pomiędzy ścianki panelu i formy przy pomocy kanalików utworzonych w ścianach formy.

8. Sposób według zastrz. 5 albo 6 albo 7, znamienny tym, że wytworzone panele następnie poddaje się kondycjonowaniu w temperaturze od 10 do 30°C przez okres od 2 do 30 godzin.

9. Zastosowanie kompozytowego panelu elewacyjno-termoizolacyjnego według któregokolwiek z zastrz. 1 -4 do jednoczesnego montowania elewacji i ocieplania budynków, zwłaszcza wysokich budynków.