Теплоізоляційні матеріали.
1. Загальна характеристика теплоізоляційних матеріалів.
2. Класифікація теплоізоляційних матеріалів.
3. Види теплоізоляційних матеріалів.
1. Теплоізоляційними називають матеріали, призначені для ізоляції теплових потоків, конструкцій будівель і споруд, апаратури, трубопроводів, холодильників. Основними характеристиками матеріалів теплоізоляції є їх висока пористість, мала середня густина і низька теплопровідність.
Найважливішою метою теплоізоляційних конструкцій є скорочення витрат енергії на опалювання будівлі. Теплоізоляція приводить до зменшення вмісту вуглекислого газу СО2 в атмосфері і зниження так званого парникового ефекту. Матеріали теплоізоляцій є продукцією в основному місцевих підприємств. Їх невигідно перевозити на дальні відстані, оскільки у наслідок малої середньої густини теплоізоляції вантажопідйомність транспортних засобів не використовується повністю.
Можливість застосування і ефективність матеріалу теплоізоляції визначається його фізико-технічними характеристиками і робочими параметрами, до яких відносять: густину, теплопровідність, стисливість, водопоглинання, водостійкість, водовідштовхувальні властивості, паропроникність, негорючість, надійність і довговічність, звукоізоляційні характеристики, можливість проведення монтажних робіт незалежно від сезону.
2. Класифікація теплоізоляційних матеріалів.
І. За формою і зовнішнім виглядом:
1. Штучні вироби (плити, блоки, цеглина, циліндри, напівциліндри, сегменти);
2. Розсипчасті і сипкі (вата, перліт, пісок);
3. Рулонні і шнурові (мати, шнури, джгути).
ІІ За структурою:
1 Волоконні виготовляють з мінеральної і скляної вати, волокон азбесту, шпателя і рослинних волокон (очерет, солома);
2 Зернисті – з перліту, пінопласту і комірчастих бетонів;
3 Комірчасті – з піноскла, пінопласту і комірчастих бетонів.
ІІІ За видом початкової сировини:
1 Органічні;
2 Неорганічні.
ІV За горючістю:
1 Що не горять;
2 Важко спалимі;
3 Що горять;
4 Легко спалимі.
V За способом пороутворення:
1 З волокнистим каркасом;
2 Спучені;
3 Вспінені.
За теплопровідністю матеріали і вироби з них поділяються на класи:
А – низької теплопровідності 1 <0,06 Вт/(мК)
Б – середньої теплопровідності 1 = 0,06 – 0,115 Вт/(мК)
В- підвищеної тепловпровідності 1 = 0,1 – 0,175 Вт/(мК)
3. Найдешевшим способом підвишення енергоефективності будівель і інженерних споруд є застосування сучасних конструкційних рішень з використанням матеріалів теплоізоляцій. При відносно невеликих матеріальних вкладеннях застосування продукції теплоізоляції дозволяє істотно підвищити рівень комфортності, тепло- і звукоізоляції житлових і виробничих будівель. Крім того, це дозволяє скоротити експлуатаційні витрати, тобто досягти вагомої економії паливних затрат.
Розглянемо найважливіші особливості і галузі застосування найпоширеніших і популярних матеріалів теплоізоляції.
Пенополістирол характеризується низькою теплопровідністю (0,03-0,04 Вт/моС) і густиною 15-40 кг/м3. При цьому міцність дозволяє застосовувати його як конструктивний елемент, здатний нести значні навантаження протягом довгого часу. Пенополістирол не гідроскопічний, дифузія водяного пару крізь нього дуже мала. Застосовується в системах зовнішнього утеплення “мокрого типу”, а також з утеплювачем з внутрішньої сторони захищаючої конструкції, в шаруватій кладці, бетонних або залізобетонних конструкціях.
Пенополіуретан – це неплавка термореактивна пластмаса з яскраво вираженою комірчастою структурою. Покриття з пенополіуретану інертно до кислотних і лужних середовищ, має високу хімічну і біологічну стійкість, тому може використовуватися у складних умовах експлуатації, наприклад, у грунті. Матеріал можна використовувати як утеплювач для виготовлення тришарових панелей, як заливка для порожнин заздалегідь зведених конструкцій, що складаються з несучого каркаса облицювального шару (колодязна кладка).
Мінеральна вата – це волокнистий матеріал, одержуваний з силікатних розплавів гірських порід з додаванням органічного зв´язуючого компоненту. Матеріал має високу хімічну стійкість і негорючість. Більш того, вироби з мінеральної вати ефективно перешкоджають розповсюдженню полум´я і застосовується як протипожежна ізоляція і вогнегасник. Вироби з мінеральної вати можуть бути використані в умовах дуже високих температур у тому випадку, якщо вони не будуть піддаватися деформації.
Найбільш ефективним теплоізолятором є мінеральна вата з безладно орієнтованими волокнами. Волоконна структура також забезпечує іншу важливу властивість – малу усадку і збереження геометричних розмірів протягом всього періоду експлуатації будівлі. Декларований термін служби мінераловатних матеріалів складає не менше 50 років.
Мінеральна вата має ефективні водовідштовхувальні властивості, характеризуючись низьким водопоглинанням. Добра паропроникність матеріалу дозволяє надмірним водяним парам безперешкодно проходити через конструкцію, не накопичуючись у товщі утеплювача і не знижуючи теплозахисних властивостей. Також мінеральна вата виключно довговічна, стійка до біодеградації і дії різних хімічних реагентів і розчинників, нетоксична, практично неалергенна і сполучувана з будь-яким конструкційним матеріалом.
Мінераловатні вироби теплоізоляції застосовуються в системах зовнішнього утеплення “мокрого типу”, як шар теплоізоляції у навісних вентильованих фасадах, у системах з утеплювачем з внутрішньої сторони захищаючої конструкції; в системах з утеплювачем всередині захищаючої конструкції, для теплоізоліції труб.
Скловата (скляне штапельне волокно) за властивостями має багато спільного з мінеральною ватою, але для отримання використовують відходи скляної промисловості. Скловолокно має високу хімічну стійкість, не містить корозійних агентів, негідроскопічна.
Через велику частку зв´язуючого компоненту скловата належить до слабкогорючих речовин. З часом спостерігається значна усадка скловатних виробів. Також досить велике водопоглинання цього матеріалу. Ці чинники приводять до прогресуючого погіршення теплоізоляційних властивостей виробів з скловати вже через декілька років служби.
Галузь застосування: для ізоляції перекриттів, легких стін і скатних дахів, у системах з утеплювачем з внутрішньої сторони захищаючої конструкції; для ізоляції трубопроводів різного призначення .
Фольга алюмінієва використовується у чистому вигляді або у складі гібридних матеріалів. Вона практично непроникна для парів і газів, має впорядковану сітку з атомів металу, розташованих так щільно, що ніякий газ, крім водню, проникати через неї не може.
Фольга алюмінієва не токсична. Вона не додає харчовим продуктам якого-небудь стороннього запаху або присмаку. В процесі виробництва фольга набуває стерильності і не служить сприятливим середовищем для життя бактерій. Також може згинатися і складатися як завгодно. Це єдиний матеріал, якому з такою легкістю можна додати необхідну конфігурацію.
Фольга алюмінієва має високий ступінь віддзеркалення теплової енергії, високу температуростійкість (до 165оС), високу міцність і багатофункціональне використовування.
Застосовується фольга як підпокрівельний пароізоляційний матеріал проти насичення теплоізоляції водяними парами; як покривний шар будь-якої ізоляції, у тому числі з метою протистояння ультрафіолетовому випромінюванню; в саунах, парилках як тепловідображаючий екран перед шаром теплоізоляції для збереження пару і тепла в закритому об´ємі; на підприємствах хімічної, газової, харчової і інших галузей промисловості з урахуванням допустимої температури застосування; в резервуарах для зберігання гарячої або холодної води, нафти, нафтопродуктів, мазуту і таке інше.
Азбесто-магнезіальний порошок одержують шляхом змішування подрібненого азбесту з водною вуглекислою сіллю магнію. Відформовані вироби мають густину до 350 кг/м3 і міцність при вигині не менше 0,15 МПа. Застосовують для теплової ізоляції промислового устаткування при температурі до 350оС. Порошок використовують не тільки у вигляді засипної теплоізоляції, але і для приготування мастик, плит, сегментів.
Азбестовий папір виготовляється у вигляді рулонів і листів з азбестового волокна з невеликою кількістю склеюючих речовин (крохмаль, казеїн). Товщина паперу – 0,3-1,5 мм, гранична температура застосування – 500оС, густина 450-950 кг/м3. Застосовують як прокладки теплоізоляцій при ізоляції трубопроводів.
Азбестовий картон виготовляють з суміші азбесту (65%), каоліну (30%), крохмалю (5%), яку формують під тиском 5Мпа на гідравлічному пресі. Отримані листи висушують, а потім розрізають на стандартні розміри товщиною 2-10 мм. Густина матеріалу 1000-1400 кг/м3, межа міцності при розтягуванні 0,6 МПа, вологість не більше 3% по масі. Теплопровідність – 0,157 Вт/мК. Застосовується для теплоізоляції трубопроводів з температурою експлуатації до 500оС, для захисту дерев´яних і легкозаймистих предметів, виробів. У вигляді плит він застосовується для теплоізоляції плоских поверхонь; у вигляді напівциліндрових покришок – для ізоляції трубопроводів.
Азбестовий шнур одержують з декількох кручених ниток, складених разом у сердечник і обвитих або обплетених зовні азбестовою ниткою (пряжею). Діаметр шнурів може бути від 3 до 25 мм. Застосовують для теплоізоляції промислового устаткування і теплопроводів. За відсутності у складі шнура органічного волокна його можна застосовувати при температурі до 500оС, за наявності волокна – не більше 200оС.
Базальтове супертонке волокновиготовлене на високотехнологічній установці з вивержених гірських порід. На відміну від багатьох інших мінераловатних виробів не містить зв´язуючого матеріалу фенол-формальдегіду. Переваги: експлуатаційна довговічність, пожежна безпека, стійкість до агресивних хімічних середовищ, не накопичує радіацію, біостійкий (несхильність до грибку і цвілі), екологічність, вібростійкість, не колеться як скловата і шлаковата. Середній діаметр волокна не більше 3 мкм, температурний інтервал застосування від –200 до 700оС.
Особливо ефективна теплоізоляція для промислового устаткування, повітроводів гарячого повітря, зовнішніх і внутрішніх паропроводів, казанів, бойлерів, теплообмінників, трубопроводів розігрітих рідин або газів при високотемпературних процесах, ліній і трубопроводів холодильних установок з будь-яким хладогеном. Використовують для ізоляції димарів, пічних труб, а також як вогнезахист будівельних конструкцій. Використовують при теплоізоляції на атомних і теплових станціях, оскільки не накопичує радіацію.
Кремнеземні стрічки виробляються полотняним переплетінням, в неусадженому вигляді, містять технологічний замаслювач. Поставляються у рулонах по 50 –100 м. Застосовуються для обмотки дротів, кабелів, трубопроводів, що працюють при високих температурах; окантовка виробів теплоізоляції; наповнювач композиційних матеріалів.
Шнури кремнеземні наповнені складаються з наповнювача однієї або двох обплетень ниток. Як наповнювач використовується термостійке полотно, нитка. Обплетення виконуються з скляних, кремнеземних або кварцевих ниток.Рекомендується шнури застосовувати при температурах до 350оС (скляні), до 900оС (кремнеземні), до 1100оС (кварцові). Шнури не токсичні, не горючі, не запалювальні. Перетин шнурів – круглий.
Застосовується як теплоізоляція і ущільнення в теплообмінному устаткуванні, з´єднаннях вузлів котельних установок, замість вживаних канцерогених азбестових шнурів. Шнури успішно працюють у газовому і паровому середовищі, не токсичні, не горючі, не запалювальні.
Кремнеземні тканини, при застосуванні яких можна добитися економії за рахунок довговічності матеріалу і підсилення безпеки експлуатації промислових об´ектів. Використовують як високотемпературну теплоізоляцію у машинобудуванні, авіакосмічній і авіаційній техніці; як фільтри для очищення рідких і газоподібних агресивних середовищ у нафтохімічній і металургійній промисловості; як кислото- і вологостійкий наповнювач для композіційних матеріалів; як електроізоляція для різних галузей техніки.