Создано:
Теплоизоляционные материалы
Теплоизоляционными (теплоизоляторами) называют материалы, предназначенные для устройства тепловой (также шумо-, гидро-, паро-, технической) изоляции чего-либо. Материалы эти имеют пористую/ рыхлую/ неоднородную/ волокнистую структуру, заполненную (образованную) воздухом или газом, наличие которого придает теплоизоляторам низкую теплопроводность, что в конечном итоге минимизирует "выход /вход тепла" из заизолированного объекта наружу (теплопередачу) / внутрь (термостойкость), а также "гасит" частично или полностью "попадание шума" внутрь объекта, на пути которого он находится. В силу физических и химических характеристик состава материалов, они могут проявлять гидро- и пароизоляционные свойства, а также применяться в качестве дополнительного (или основного) слоя гидроизоляции (пенополиуретаны, пенополистиролы).
Классифицируются теплоизоляционные материалы исходя из сырья, используемого для их производства, физико-химических свойств и области применения:
1. В зависимости от исходного сырья:
Органические представляют собой полимеры.
Пенополистирол – газонаполненный стирол или его производные. Получают пенополистирол следующим образом: сначала гранулы стирола (полистирола или полимонохлорстирола, полидихлорстирола, либо других сополимеров стирола) заполняют хорошо растворимом в нем природным газом (пентан, изопентан, петролейный эфир, дихлорметан, диаминобензол, нитрат аммония, азобисизобутиронитрил); далее полученная «газо-стирольная» масса нагревается паром, в процессе чего, гранулы, спекаясь между собой, многократно увеличиваются в объеме вплоть до заполнения собой блок формы, в которой проходит реакция. В пожаростойких вариантах пенополистирола (Г1) гранулы наполняются углекислым газом или его отсутствием (вакуумная технология). Горючесть стандартного варианта достаточно высока – Г4. При производстве активно используются антипирены (повышающие пожаростойкость) и пластифицирующие добавки.
Виды пенополистирола:
- Беспрессовый пенополистирол: EPS (Expanded Polystyrene) / ПСБ (Пенополистирол суспензионный беспрессовый) / ПСБ-С (Пенополистирол суспензионный беспрессовый самозатухающий);
- Экструзионный (экструдированный) пенополистирол: XPS (Extruded Polystyrene);
- Прессовый пенополистирол: различные зарубежные марки; ПС-1; ПС-4
- Автоклавный пенополистирол;
- Автоклавно-экструзионный пенополистирол.
Пенополистирол – полимер обладающий большинством разнообразных свойств, делающих его незаменимым практически во всех экономических отраслях, включая строительство, где он применяется в качестве теплоизолятора (плиты) и конструкционного материала (блоки для заполнения, наполнители, несъемная опалубка), электроизолятора (фасонные изделия), дополнительного гидроизолятора. К ним относятся высокая биологическая стойкость, низкое водопоглощение, особенно у экструдированного пенополистирола (что обуславливает его применение для подземных конструкций и фундаментов), низкая паропроницаемость, долговечность. К недостаткам можно отнести нестойкость к растворителям (растворяется даже в исходном стироле) и высокую горючесть, что регламентирует обязательные условия применения в строительстве такого материала: он обязательно должен быть защищен негорючими составами (т.е. быть внутреннем слоем). Тем не менее пенополистирол считается самым распространённым видом теплоизоляции в строительстве в виду своей относительно невысокой стоимости.
Пенополиуретан – газонаполненная пластмасса на основе полиуретана (получается в результате химической реакции полиола и изоцианата с последующим добавлением воды), на 80-90% наполненная инертным газом. Пенополиуретаны подразделяются на тип Perlon-U – мягкие (гибкие и упругие, прочные на разрыв), и используются в качестве наполнителей для мебели, разнообразных губок и прочих бытовых изделий, и приспособлений; Igamid U, характеризующийся твердостью, прочностью и в то же время ломающийся при сгибании. Последний в различных вариациях (гелях смешивающихся непосредственно при закачке либо напылении / штучных, профилированных изделиях) применяется в строительстве в качестве теплоизоляции, гидроизоляции и технической изоляции. Коэффициент теплопроводности жесткого пенополиуретана (0,019 — 0,03 Вт/мK) довольно низкий в сравнении с той же минеральной ватой (у которой он соответствует 0,045 Вт/мK), являющейся одним из наиболее популярных в строительной отрасли теплоизоляционных материалов). Пенополиуретаны устойчивы к большинству химических растворителей, что значительно расширяет область их применения. Единственное чего боятся такие покрытия (изделия) – это резкие точечные удары и ультрафиолет. Наносятся пенополиуретановые утеплители тремя способами: методом напыления с помощью специального оборудования (два-три компонента геля, среди которых собственно полиизоцианат и полиол смешивается, образуя бесшовное быстротвердеющее покрытие); методом заливки полиуретана (вышеупомянутых компонентов) в предварительно подготовленные полости (на строительной площадке); с помощью приклеивания изготовленных промышленным способом плит к основанию. Среди преимуществ пенополиуретанового теплоизолятора – его низкая паропроницаемость, способность прилипать к неровным и практически любым по составу основаниям (бетон, дерево, металл, штукатурка, черепица, кирпич и рубероид и т.д.). Пенополиуретан плотностью выше 70 кг/м³ может быть использован в качестве основного гидроизоляционного покрытия. Некоторые виды пенополиуретанов можно считать экологичными, поскольку для их производства использовалось сырье из растительных масел (рапса, сои, подсолнечника), касторового масла. Но такие материалы стоят в разы дороже, поэтому не имеют популярности в с равнении с теми, которые получены из нефтехимических компонентов.
Реже, в качестве основного теплоизоляционного слоя применяются древесноволокнистые плиты (ДВП), древесно-стружечные плиты (ДСП), эковата (материал, состоящий из 81% переработанной целлюлозы – газетной и бумажной макулатуры, 12% антисептика и 7% - антипиренов, волокна которого содержат лигнин, связывающий эти самые волокна при увлажнении). В основном такие материалы применяются внутри помещений в качестве дополнения конструкций перегородок, шумоизоляции.
Вспененный полиэтилен, фольгированный полиэтилен (для отражающей теплоизоляции) плотностью 10-100 кг/м3 используются в основном в качестве технической изоляции, а в некоторых случаях и гидроизоляции. Полимеры являются пожароопасными, что подразумевает их применения в низкотемпературных условиях (не выше 90о) и обязательную «упаковку» негорючими клеевыми и штукатурными слоями; композитными панелями (закрыты негорючими клеевыми составами и клинкерной или керамической плиткой) и.т.п.
Последние правки СНИПов обязывают производителей применять антипирены (повышающие температуру возгорания готового материала) при производстве пенополистирольных теплоизоляторов, что позволяет получить степень горючести, равную Г1. Крайне редко (в виду склонности к гниению, возгоранию и насыщению влагой) в качестве органических утеплителей в строительстве используется переработанная древесина, сено, камыш и торф.
Неорганические включают в себя изделия из минеральной ваты (базальтовые плиты, профили, маты, получаемые методом высокотемпературной переплавки горных пород / металлургических отходов в волокна), стекловаты (волокна, образованное методом экструзии расплавленного стекла через прядильные фильтры, обработанные связующими пропитками и оформленные в маты и полотнища), ячеистых бетонов (блоки или так называемые искусственные камни из «чистого» бетона или с добавками извести и песка, имеющие равномерно распределенные замкнутые поры, образованные воздухововлекающими добавками, укладывающиеся на клеевой раствор толщиной 3 мм), пеностекла (которое производится из силикатного стекла или его отходов под действием газа, вызывающего реакцию размягчения и пенообразования при нагреве свыше 1000оС), вспученного перлита (измельчённое и термически обработанное вулканическое стекло, используемое в качестве наполнителя для получения бетонов , растворов с повышенными теплоизоляционными свойствами), вспученного вермикулита (полученный при нагревании породы, образованной процессами гидролиза и выветривания темных слюд минералов, используются для устройства теплоизоляционных и пожаростойких покрытий, дверей, производства тепло- и звукоизоляционных растворов), монолитный бетон (сам по себе обладает низкой теплопроводностью);
Смешанные изделия, которые используются и в качестве конструкционных материалов в странах СНГ, США (в строительстве) и развивающихся странах. В странах ЕС они запрещены в виду содержания в своем составе асбеста – который является канцерогенном. Также в эту группу можно отнести сотопласты (изделия на основе крафт-бумаги, х/б и стеклоткани, пропитанные синтетическими либо органическими смолами), которые также выступают стеновыми материалами или конструкционными элементами;
Инновационные (имеется в виду аэрогель). Хотя инновационным его можно назвать с большой натяжкой (30-е гг. ХХ в.) и только в виду редкого применения в строительстве и основных отраслях промышленности из-за высокой хрупкости и стоимости (125 $ за фрагмент, помещающийся на ладони) и первоначального предназначения для нужд космической и военной отраслей. Аэрогель характеризуется абсолютно различной плотностью (которая может быть рекордно низкой, но при этом никак не сказываться на твердости, уступающей, пожалуй, лишь металлу) 1-150 кг/м3 и наличием полостей занимающих редко 50%, а как правило 90-99% его тела. Структура его представляет собой ячейки из наночастиц размером 2-5нм и полостей, размером 100 нм. По сути, - это гель, в котором жидкая составляющая полностью замещена газообразной. Помимо твердости и хрупкости материал обладает очень низкой теплопроводностью (0,01 Вт/мК при температуре 38 °С и атмосферном давлении 760 мм. рт. ст.), прозрачностью и жаропрочностью. Для производства аэрогелей используются оксиды хрома и олова, диоксиды кремния, глиноземы, углерод. Для производства утеплителей, используемых для пошива некоторых видов одежды и строительной теплоизоляции применяют сплав аэрогеля и стеклоткани (полученной из стекловолоконных нитей). Но стоимость такого теплоизолятора по прежнему не конкурентоспособна в строительной отрасли, хотя в этом направлении осуществляются довольно дерзкие проекты в Азии.
2. В зависимости от структуры изделия различают:
- ячеистые;
- зернистые;
- волокнистые;
3. От формы:
- рыхлые (вата, войлок и т.п.);
- плоские (плиты, маты, полотнища);
- профилированные (фасонные элементы);
- шнуры
4. От области применения:
- строительная теплоизоляция —изоляция ограждающих конструкций (стен, полов, фундаментов кровель и т.п.);
- техническая теплоизоляция —изоляция оборудования и трубопроводов.
- специальная изоляция – изоляция, в которой защита исходного объекта от теплопотерь не является основной целью (вакуумная, отражающая теплоизоляция и т.д.).
В силу разнообразия эксплуатационных свойств, большинство теплоизоляционных материалов имеют широкую область применения, не ограниченную только строительной отраслью.