Что такое полиуретан PUR/PIR в сравнении с XPS и EPS

Полиуретан — материал, который почти каждый держал в руках, даже не зная его названия. Твёрдая желтоватая пена в стенке холодильника, сердцевина сэндвич-панели на промышленном складе, фольгированная плита плоской кровли, пена из монтажного баллона для установки окон — всё это одно химическое семейство с разной плотностью и разной рецептурой.

В строительстве вы встретите его под аббревиатурами PUR и PIR. Разница между ними — всего одна цифра в рецептуре, но она меняет удивительно многое: верхнюю рабочую температуру, поведение при пожаре, класс по EN 13501-1. А между PUR/PIR, XPS и EPS есть различие, о котором клиенту редко говорят честно — у полиуретана самая низкая теплопроводность из трёх материалов, но она меняется со временем, тогда как у EPS практически не меняется.

Три предложения, которые нужно запомнить: у PUR/PIR самая низкая λ из трёх — заявленные 0,023–0,030 Вт/(м·К) против 0,030–0,038 у XPS (обычно 0,033–0,035) и 0,030–0,038 у EPS. Эта λ «стареет», потому что газ в ячейках со временем замещается воздухом, и именно поэтому EN 13165 требует указывать состаренное значение, а не показатель свежей плиты. И облицовка — не упаковка: алюминиевая фольга удерживает газ и снижает заявленную λ на несколько милливатт на метр-кельвин по сравнению с той же пеной под вуалью.

Что такое полиуретан: химия простыми словами

Полиуретан не поставляется в виде готовой пластмассы. Он создаётся на месте — в форме, в теле панели или прямо в полости двери — из двух жидких компонентов:

• Полиол — жидкость с большим количеством гидроксильных (–OH) групп. Она формирует основу будущей пластмассы, а в неё уже добавлены катализаторы, антипирены и порообразователь.
• Изоцианат — как правило, полимерный MDI, жидкость с реакционноспособными группами –N=C=O.

Как только эти две жидкости встречаются, –OH и –N=C=O образуют уретановую связь. Реакция экзотермическая — она сама выделяет тепло и сама же им ускоряется; отсюда знакомое каждому монтажнику ощущение: баллон нагревается, пока растёт пена. Это тепло — не побочный эффект, а именно то, что раздувает пену, причём по двум механизмам:

• Химическому. Изоцианат реагирует и с водой — образуются амин и углекислый газ, а амин связывается с ещё одной молекулой изоцианата, образуя мочевинную связь. В жёстких пенах именно эта реакция запускается первой.
• Физическому. В полиоле растворён низкокипящий порообразователь — пентан, циклопентан, а в новых системах — HFO. Тепло испаряет его, и он раздувает миллионы ячеек.

Смесь вспенивается за секунды, гелирует и необратимо затвердевает в термореактивную пластмассу: она не плавится повторно, а при достаточной температуре обугливается. И самое важное — порообразователь остаётся запертым в закрытых ячейках, доля которых, по данным PU Europe, превышает 90%, а по техническим листам производителей часто составляет 95% и больше. Именно этот газ, а не сама пластмасса, объясняет рекордно низкую теплопроводность — и объясняет, почему она затем ухудшается.

PUR и PIR: одна цифра в рецептуре

Эта цифра называется изоцианатным индексом и представляет собой простое соотношение: сколько изоцианата заложено в рецептуру относительно теоретически необходимого количества для реакции со всем активным водородом — умноженное на 100. Индекс 100 означает «ровно столько, сколько нужно».

• PUR — полиуретан в узком смысле. Индекс около 100: почти весь изоцианат уходит в уретановые связи.
• PIR — полиизоцианурат. Индекс выше 180 — это порог, который чаще всего указывается в литературе, хотя точной границы, где заканчивается PUR и начинается PIR, не существует. Избытку изоцианата не с чем больше реагировать, и в присутствии катализатора тримеризации он реагирует сам с собой: три изоцианатные группы замыкаются в шестичленное изоциануратное кольцо.

Это кольцо намного термостабильнее уретановой связи, и это даёт три преимущества: более высокую рабочую температуру; лучшее поведение при пожаре, поскольку PIR выделяет меньше тепла и образует обугленный защитный слой; и, как следствие, лучшее поведение в готовой сборке. В цифрах: изоциануратная связь начинает разрушаться выше 200 °C, тогда как уретановая — уже при 100–110 °C.

Цена невысокая, но реальная: PIR более хрупкий и крошится на срезе, а рецептура сложнее в производстве. Поэтому огромная часть продукции на рынке — фактически гибриды PUR/PIR: индекс достаточно высок, чтобы образовались изоциануратные кольца, но не настолько, чтобы плита крошилась. Продуктовый стандарт для обоих один: EN 13165, «изделия из жёсткого пенополиуретана заводского изготовления».

Формы, в которых он встречается

Одно химическое семейство — пять совершенно разных продуктов:

• Жёсткие плиты с облицовкой. Непрерывная лента между двумя валками — алюминиевая фольга, минеральная вуаль, крафт-бумага, битумизированная вуаль. Плотность обычно 30–45 кг/м³.
• Сердцевина сэндвич-панели. Пена заливается между двумя стальными листами и одновременно служит теплоизоляцией и клеем — панель несёт нагрузку, потому что сердцевина скрепляет обе обшивки.
• Напыляемая пена на месте монтажа. По каталожным данным закрытоячеистая пена имеет плотность 30–60 кг/м³ и λ до 0,020–0,022 Вт/(м·К); открытоячеистая — всего 8–15 кг/м³ с λ 0,035–0,042 — дешевле и «дышит», но не служит барьером для влаги.
• Заливочная пена. Впрыскивается в закрытую полость — двери, короба рольставней, водонагреватели, холодильные шкафы. Для бытовой техники производители указывают плотность 30–40 кг/м³ и начальную λ 0,018–0,020 Вт/(м·К). Поэтому холодильники имеют тонкие стенки и большой внутренний объём.
• Однокомпонентная монтажная пена. Изоцианатный форполимер, отверждающийся под действием влаги из воздуха — поэтому шов увлажняют. Не является теплоизоляционным продуктом по EN 13165: её класс по пожарной безопасности — E (B3/B2 по DIN 4102-1 для огнестойких версий), и λ не следует сравнивать с показателем плиты.

Почему λ самая низкая — и почему она стареет

Тепло проходит через пену тремя путями: через твёрдую пластмассу, посредством излучения между стенками ячеек и через газ в ячейках. Полиуретан выигрывает по всем трём параметрам: низкая плотность, очень мелкие ячейки и газ, который проводит тепло хуже воздуха. Поэтому свежая плита PIR имеет около 0,020–0,024 Вт/(м·К) — значение, которого не достигают ни XPS, ни EPS.

Проблема в том, что газы перемещаются. Пена не герметична — это очень медленная мембрана:

• Углекислый газ выходит быстро. В измерениях Schumacher и коллег CO₂ от химического вспенивания практически исчерпывается примерно за 150 дней.
• Воздух проникает внутрь. По данным Huntsman, у свежей плиты парциальное давление воздуха в ячейках составляет всего 0,02–0,05 бар; с годами оно приближается к атмосферному. А воздух проводит тепло значительно лучше порообразователя.
• Порообразователь выходит медленно. В тех же измерениях циклопентан обнаруживается в ячейках даже через 1400 дней. Он не исчезает — просто разбавляется воздухом.

Результат — плавный рост λ в первые годы, который затем почти прекращается. Это и есть старение ламбда — реальное, измеримое и, в отличие от многого другого в отрасли, стандартизированное.

Что именно означает «заявленная λ по EN 13165»

Приложение C стандарта EN 13165 требует не значение свежей плиты, а средневзвешенную по времени λ за 25 лет — значение, которое из-за формы кривой достигается примерно через 8 лет эксплуатации у диффузионно-открытых плит; у диффузионно-плотной плиты толщиной 30 мм то же среднее значение достигается только к 12-му году. Есть два пути расчёта:

• Метод фиксированной надбавки. Измеряется начальная λ при 10 °C, к которой прибавляется фиксированная надбавка, зависящая от порообразователя, толщины и диффузионной плотности облицовки. Для пентановых продуктов с диффузионно-открытой облицовкой толщиной менее 80 мм надбавка составляет 5,8 мВт/(м·К); в диапазоне 80–120 мм она снижается до 4,8, а при 120 мм — до 3,8, поскольку более толстая плита стареет медленнее. При диффузионно-плотных облицовках надбавка очень мала. Перед этим плита должна пройти тест на нормальность: сердцевина толщиной 20 мм без облицовки выдерживается 21 день при 70 °C, и λ не должна повыситься более чем на 6,0 мВт/(м·К) для пентанов.
• Метод ускоренного старения. Весь продукт вместе с облицовками выдерживается 175 дней (25 недель) при 70 °C, после чего измеряется λ и к ней добавляется защитная надбавка. Она может быть снижена или обнулена, если отдельный «тест на ускорение» докажет, что 70 °C достаточно ускоряют процесс — но обнуление допускается только для диффузионно-открытых плит.

По обоим методам добавляется статистическая поправка, и значение округляется вверх до ближайших 1,0 мВт/(м·К) — поэтому в технических листах встречаются круглые числа вроде 0,023, 0,026 или 0,028.

Практические цифры показательны. В исследовании Huntsman по восьми европейским пентановым плитам от четырёх производителей начальная λ составляла от 20 до 24 мВт/(м·К) со средним значением чуть выше 22. По методу фиксированной надбавки заявленные значения выходят 25–30 мВт/(м·К) для диффузионно-открытых и 23–25 для диффузионно-плотных; по методу ускоренного старения те же плиты дают 25–28 и 23–25. То есть старение «съедает» от 1 до 8 милливатт — разницу между отличной и просто хорошей теплоизоляцией. Для покупателя дома это значит одно: число на этикетке уже учитывает следующие 25 лет, так что не стоит рассматривать плиту как нечто, что со временем станет хуже заявленного.

Почему это важно, когда у вас в руках два технических листа

Вот и ловушка. XPS тоже стареет и тоже декларирует состаренное значение («после 25 лет»), но эффект у него намного меньше. EPS вообще не стареет термически, потому что в его ячейках уже нет летучего порообразователя: они заполнены воздухом, и меняться там нечему.

Следовательно, если сравнить начальную λ плиты PUR с заявленной λ плиты EPS, вы сравниваете два разных момента жизни материалов. Правильное сравнение — заявленное значение против заявленного, и оно по-прежнему в пользу полиуретана, но с меньшим преимуществом, чем кажется по рекламному листу. Сводная таблица коэффициентов всех материалов, применяемых в одной двери, есть в разделе технические параметры материалов.

Облицовки: не упаковка, а часть продукта

Если газ уходит через поверхность, поверхность становится решающим фактором — поэтому плиты PIR производятся между двумя облицовками, и их тип фиксируется в декларации. Масштаб эффекта виден из самих надбавок по EN 13165: диффузионно-открытая плита толщиной менее 80 мм получает надбавку 5,8 мВт/(м·К), а при диффузионно-плотной облицовке надбавка очень мала. Поэтому одна и та же пена декларируется как 23–25 мВт/(м·К) с фольгой и 25–30 мВт/(м·К) с вуалью — при абсолютно идентичной химии.

• Алюминиевая фольга. Диффузионно-плотная; замедляет как выход порообразователя, так и проникновение воздуха, и работает как пароизоляция. Не подходит для прямого приклеивания битума.
• Стекловуаль, битумизированная вуаль, крафт-бумага. Диффузионно-открытые — более высокая заявленная λ, но подходят под горячее наклеивание гидроизоляции и штукатурки. Облицовка выбирается исходя из соседнего слоя, а не из теплоизоляционных свойств.

Правило: никогда не сравнивайте λ двух плит, не сравнив их облицовки — и помните, что каждый срез диффузионно-открытый.

Огонь и дым: честная версия

Здесь говорят больше всего нелепостей. Полиуретан — материал органический и горючий. PU Europe указывает, что обычные плиты PUR/PIR по EN 13501-1 классифицируются от C-s2,d0 до F — в зависимости от рецептуры и облицовки. Ни один из трёх материалов здесь не является негорючим: XPS и EPS также обычно относятся к классу E. Классы A1/A2 достигаются минеральной ватой и пеностеклом, а не углеводородными пенами.

Что же тогда даёт PIR? Три конкретных преимущества:

• Обугливание. При пожаре изоциануратные кольца образуют твёрдый обугленный слой, замедляющий проникновение пламени вглубь. Полистирол же, наоборот, плавится и отступает.
• Меньшее тепловыделение. Сравнительные исследования показывают более низкий пик тепловыделения и лучшую термостабильность у PIR по сравнению с PUR.
• Более высокий класс в составе системы. Поэтому сэндвич-панели с сердцевиной PIR и стальными обшивками по EN 14509 поднимаются до класса B. Здесь источники расходятся, и об этом стоит знать: PU Europe пишет, что металлические сэндвич-панели с сердцевиной PUR/PIR «могут достигать B-s2,d0», тогда как ряд производителей декларируют B-s1,d0 для конкретных панелей. Проверяйте декларацию эксплуатационных характеристик самой панели, а не общее утверждение.

А настоящий риск — это дым. При горении пены выделяют плотный дым, угарный газ и синильную кислоту — азоту в молекуле просто некуда больше деваться. Отсюда два правила: класс по пожарной безопасности действителен для продукта с его облицовкой и в его конкретном монтаже, а не для самой пены; и большая открытая площадь незащищённой пены в жилом помещении — плохая идея независимо от сертификата.

Температура, стабильность, вода и прочность

Здесь источники расходятся сильнее, чем хотелось бы, поэтому мы приводим диапазоны как есть.

• Рабочая температура. Холод пену не ограничивает. Верхняя граница спорна, и здесь важно, кто именно говорит: PU Europe указывает для PUR и PIR одинаковую границу — от −30 до +90 °C постоянно и до 250 °C кратковременно, тогда как каталоги производителей разделяют эти материалы (+80…+110 °C для PUR, около +120 °C для PIR). Химия подтверждает направление — изоцианурат разрушается выше 200 °C, уретан — уже при 100–110 °C, — но конкретные цифры являются фирменными, а не стандартными. XPS выдерживает до +70…+75 °C, EPS — примерно до +75…+80 °C.
• Прочность на сжатие. По EN 826 при 10% деформации: строительные плиты обычно 100–200 кПа — стеновые и кровельные около 100 кПа, напольные 120–150, усиленные 150–200. Как материал PUR/PIR охватывает намного более широкий диапазон: в зависимости от плотности от 40 до 900 кПа. Обычные классы XPS на рынке — 200–700 кПа, поэтому при равной толщине и типичных продуктах полиуретан уступает по прочности на сжатие.
• Вода. EN 13165 декларирует килограммы на квадратный метр (WS(P) и WL(T)), а не проценты — поэтому цифры выглядят несопоставимыми с показателями полистирола. В объёмных процентах PU Europe даёт для PIR с минеральной вуалью около 1,3% при 28-дневном погружении по EN 12087, около 6% при диффузионном тесте по EN 12088 и 2–7% для необлицованной пены после циклов замораживания. По сравнению с XPS, у которого ≤0,7% (погружение) и 1–3% (диффузия), картина однозначна: по влагостойкости XPS опережает PIR, а EPS с показателем 2–4% занимает третье место.
• Размерная стабильность и УФ. Термореактивная сетчатая структура не плавится и не ползёт, поэтому PIR выдерживает горячий битум, а полистирол — нет. Однако солнце разрушает все три материала: плиты хранят под навесом и своевременно закрывают.

Сэндвич-панели: где полиуретан у себя дома

Материал практически незаменим в металлических сэндвич-панелях по EN 14509: сердцевина из PUR/PIR с λ около 0,020–0,023 Вт/(м·К) по каталожным данным между двумя профилированными стальными обшивками — теплоизоляция, конструкция и готовый фасад в одном элементе. Для холодильных складов это стандарт де-факто: сцепление между пеной и металлом настолько прочное, что панель работает как композитная балка. Та же логика в уменьшенном масштабе действует и в дверях: сердцевина отвечает за теплотехнику, а обшивки — за внешний вид и износостойкость.

Как режется, обрабатывается и — главное — как клеится

• Резка. Острый нож для тонких плит, ножовка или циркулярная пила с мелким зубом для толстых. В отличие от полистирола, горячая проволока не работает — материал не плавится, а обугливается.
• Склеивание. Главный плюс: полиуретан склеивается практически со всем — сталью, алюминием, деревом, бумагой, бетоном, HPL. Именно поэтому сэндвич-панель вообще существует: пена сама является клеем, без дополнительных адгезивов.
• Тот же плюс — и минус. Свежая пена приклеивается и к рукам, инструментам, стеклу и раме. Неотверждённая очищается только специальным растворителем; отверждённая — только механически.
• Безопасность. Изоцианаты — сенсибилизаторы. С 24 августа 2023 года согласно Регламенту (ЕС) 2020/1149 профессиональное использование продуктов с содержанием диизоцианатов выше 0,1% требует пройденного обучения, которое нужно обновлять не реже раза в пять лет. Это касается и монтажной пены.

Три материала бок о бок

Сравнение имеет смысл только при одинаковых правилах: заявленные значения, одни и те же стандарты, без замалчивания того, где каждый материал проигрывает.

Где выигрывает каждый

• PUR/PIR выигрывает, когда толщина ограничена. При одинаковом термическом сопротивлении плита из полиуретана примерно на треть тоньше плиты из полистирола. Всегда, когда места мало — неглубокая кровельная конструкция, стенка холодильника, панель в фальце с фиксированной толщиной, — это логичный выбор. Он также выигрывает при более высоких температурах, а в системе с негорючими обшивками даёт лучший класс по пожарной безопасности.
• XPS выигрывает по прочности на сжатие и влагостойкости. Классы 200–700 кПа и водопоглощение ≤0,7% по объёму при погружении — против примерно 1,3% у PIR — делают этот материал выбором для утепления под стяжку, периметральной изоляции и инверсионных кровель. Подробности — в отдельной статье про XPS.
• EPS выигрывает по стабильности во времени и по цене. Его ламбда не меняется, он доступен во множестве классов плотности и наиболее экономичен для фасадов достаточной толщины. Различия с XPS рассмотрены здесь.

В декоративных панелях для входных дверей доминирует XPS — не потому что он «лучше» в абсолютном смысле, а потому что при толщине 24–48 мм разница в λ по сравнению с PIR не является решающей, тогда как прочность на сжатие и поведение при воздействии влаги — являются. Как приходят к конкретной спецификации, описано в руководстве по выбору, а сочетания обшивка–сердцевина — в разделе материалы.

Как читать технический лист

1. Ищите λD, а не просто «λ». Индекс D означает «заявленная», то есть уже состаренная по EN 13165; «начальное» значение для сравнения не годится.
2. Проверяйте облицовку рядом с цифрой и толщину вместе с ней: одна и та же пена может выйти как 0,023, так и 0,028, а более тонкая диффузионно-открытая плита стареет сильнее.
3. RD — производная величина — толщина, делённая на λD, округлённая вниз. Если R и λ не согласуются, значит, одно из значений не заявлено.
4. Коды имеют смысл, а не являются шифром. CS(10\Y)150 = прочность на сжатие при 10% деформации, минимум 150 кПа. WS(P) и WL(T) = водопоглощение, кратковременное и длительное, в кг/м². NPD = не заявлено.
5. Класс по пожарной безопасности относится к продукту, а не к пене. Класс C или E у плиты и класс B у панели могут описывать одну и ту же сердцевину.

Частые ошибки и заблуждения

• «PIR не горит». Горит. Лучше обугливается, выделяет меньше тепла и в системе даёт более высокий класс — но голая плита относится к классу C или ниже.
• Сравнение начальной λ PUR с заявленной λ EPS. Самая частая манипуляция в коммерческих предложениях. Сравнивайте заявленное с заявленным.
• «Монтажная пена — то же самое». Химически — почти. Технически — нет: другая структура, другой класс, никакой заявленной λ по EN 13165.
• Стандартная плита PIR под нагрузкой. 100–150 кПа — это не то же самое, что 200–700 кПа у обычной плиты XPS. Под стяжку проверяется класс CS.

Итого: PUR/PIR — самая эффективная теплоизоляция из трёх в пересчёте на миллиметр толщины, но и единственная, у которой нужно чётко проверять, какую именно ламбду вы читаете. PIR — это PUR с более высоким изоцианатным индексом: более термостабильный и лучше ведущий себя при пожаре. XPS остаётся сильнее по прочности на сжатие и влагостойкости, а EPS — самый предсказуемый во времени. Выбор сердцевины для конкретной панели начинается с сердцевины и толщины и продолжается в разделе часто задаваемые вопросы.