Теплоизоляция - виды, свойства, типы. Технология производства различной теплоизоляции.

В данной статье дан обзор материалов служащих теплоизоляцией для различных конструкций и систем: 

 

Перечислим отдельные более важные характеристики теплоизоляции:

Водопоглощение — способность теплоизоляции вбирать капельно-жидкую влагу и сохранять ее в порах.

Гигроскопичность — способность теплоизоляции поглощать влагу в парообразном состоянии из окружающего воздуха.
Теплоизоляция как при хранении, так и при эксплуатации в кровле или стене, должна быть защищена от увлажнения. Способность теплоизоляции намокать в силу его гигроскопичности именуется сорбцией. Чем влажнее климат и ниже его температура, тем больше сорбция. Увлажнение теплоизоляции может совершаться от монтажной влаги, в коей закрывается теплоизоляция при монтаже теплоизоляционных материалов, атмосферной влажности, попадающей в материал при атмосферных осадках, и грунтовой воды, проникающей в теплоизоляцию из почвы.

Паропроницаемость — свойство теплоизоляции пропускать пары воздуха. Последние проникают в теплоизоляцию под воздействием разности давлений атмосферного воздуха по обе стороны теплоизолированного ограждения.
Пары воздуха, проходящие сквозь теплоизоляцию с теплой стороны на холодную, при наибольшем насыщении воздуха в порах теплоизоляции конденсируются. Скопление влаги на холодной стороне при неимении паронепроницаемой прокладки с теплой стороны снижает теплоизоляционные свойства материала из которого выполнена теплоизоляция.

Воздухопроницаемость — способность теплоизоляции пропускать воздух и некоторые газы. Она находится в зависимости от объемов и числа пор теплоизоляции. В силу разности парциального давления холодного и теплого воздуха совершается проникновение, перемещение холодного воздуха сквозь стены в сторону теплого. Проникновение холодного воздуха усиливает тепловые потери. Нужно организовывать ветроизоляцию для защиты теплоизоляции от ветровой эрозии. Увлажнение теплоизоляции резко понижает показатель воздухопроницаемости.

Теплопроводность — свойство теплоизоляции проводить тепло. Показатель теплопроводности теплоизоляции(главный и основной показатель качества теплоизоляционных материалов) — количество тепла, каковое проходит (при установившемся тепловом состоянии) сквозь 1м2 поверхности материала толщиной в 1м в течение одного часа при разнице температур обеих поверхностей в 1°С при отсутствии боковой утечки теплоты. Коэффициент теплопроводности теплоизоляции зависит от пористости теплоизоляции; от температуры (он увеличивается с ее повышением); от влажности (при увлажнении воздух, заключенный в порах теплоизоляции, имеющем небольшой коэффициент теплопроводности, замещается влагой, имеющей существенно больший коэффициент теплопроводности).

Температуропроводность теплоизоляции. При нестационарном термическом потоке, когда температура тела меняется с ходом времени, количество тепла, проходящее сквозь теплоизоляцию находится в зависимости от скорости изменения температуры в теплоизоляционном материале. Количество, характеризующая скорость распространения температуры в теплоизоляции, определяется коэффициентом температуропроводности теплоизоляции.

Влагопроводность теплоизоляции. Влажностный режим утепляемого ограждения плотно сопряжен с теплотехническим и обладает большим санитарно-гигиеническое значением. Высокое влагосодержание внутренней поверхности ограждения делает помещение антисанитарным и недолговечным. Одной из первопричин появления влаги в ограждениях считается конденсация ее из окружающего воздуха.
Влажностный режим ограждающей конструкции обусловливается температурой "точки росы". Теплоизоляция ограждающей конструкции обязана обеспечивать на внутренней ее поверхности такую температуру, которая была бы выше точки росы при данной влажности воздуха. В зданиях зимой водяной пар диффундирует сквозь стены от внутренней стороны к внешной, а в летнее время от внешней — к внутренней. Вероятна скопление пара в стенках ограждения. С целью предохранения от конденсации влаги необходима теплоизоляцию с большим объемным весом, коэффициентом теплопроводности и минимальным коэффициентом паропроницаемости монтировать на внутренней поверхности, а утеплитель с наименьшим объемным весом и коэффициентом теплопроводности и большим коэффициентом паронепроницаемости — на внешней поверхности. Пароизоляционные слои нужно монтировать на внутренней, более теплой поверхности, так как установка их снаружи ухудшает влажностный режим.

Огнестойкость — свойство теплоизоляции сопротивляться, не расплавляясь, действию высоких температур. Огнестойкость не устанавливает максимальной температуры использования теплоизоляции, так как на теплоизоляцию в эксплуатации могут влиять давление вышележащих теплоизоляционных слоев, напряжения от усадки либо расширения, разъедание, стирание шлаками, летучей золой и газами.
Огнестойкость теплоизоляции характеризуется способностью выдерживать относительно короткое время температуру вплоть до 1100 °С без нарушения структуры, крепости и иных свойств теплоизоляции.

Пластичность — способность теплоизоляции под давлением зачислять приобретать новую форму в отсутствии образования трещин и разрывов и удерживать ее спустя действия внешней силы.
Хим стойкость — способность сопротивляться разрушающему влиянию хим реагентов: кислот, щелочей, солей, газов. Она находится в зависимости от плотности теплоизолции и его структуры. Теплоизоляционные материалы и огнеупоры при хим взаимодействии с жидкими или газовидными веществами при больших температурах разрушаются.

 

Биостойкость. Теплоизоляционные материалы, имеющие в своем составе такие органические вещества, как крахмал и целлюлозу, в увлажненной среде с температурой 30-40 °С подвергаются воздействию микробов, грибков и иных микроорганизмов. Органические материалы с невысоким водопоглощением меньше подвергаются действию микроорганизмов, чем материалы с более высоким водопоглощением. Разрушению микроорганизмами подвергаются и неорганические материалы, в случае если они соприкасаются с органическими.

В зависимости от коэффициента теплопроводности теплоизоляцию делят на 3 класса:
• очень эфективные (теплопроводность X < 0,06 Вт/мК);
• среднеэффективные (теплопроводность X = 0,06-0,115 Вт/мК);
• малоэффективные (теплопроводность К = 0,1-0,175 Вт/мК);

Безусловно, что у всякого вида теплоизоляции есть свои положительные и негативные стороны. Но, организовывая рациональную изоляционную систему, возможно избежать почти всех неприятных проблем, предохранив теплоизоляцию от увлажнения, от вторжения грызунов, повысив механическую прочность и огнестойкость теплоизоляции.

По форме и внешнему виду теплоизоляция бывает: штучные (плиты, цилиндры, полуцилиндры, скорлупы, блоки, кирпич), рулонные и шнуровые (маты и шнуры).
По жесткости теплоизоляция делится на: мягкие, полужесткие, жесткие (сверхжесткие).
По способу порообразования теплоизоляция делится на:

• ·         с волокнистым каркасом ( минеральная вата, стеклянная вата, каолиновая вата, асбест; древесноволокн истые и древесностружечные материалы, фибролит, камышит, соломит);
• ·          вспененные (армопенобетон, пеносиликат, пенодиатомит, пенотрепел, пеноасбест, изолятор, пенопаласт, пенополиэтилен);
• ·          вспученные (сорбит, вермикулит, шунгизит, газозолобетон, силикат, ячеистое пеностекло, пенополивинлхлорид, пенополиуретан, пенополиэстер, керамзит);
• ·          с пористым заполнителем (перлитовые, вермикулитовые, шунгизитовые, пробковые материалы, пенополистирол, легкий бетон);
• ·         с выгорающими добавками (диатомитовые и трепельные материалы);
• ·          с пластическим каркасом (сотопласты).

По происхождению теплоизоляция делится на: неорганические и органические.

1.1 Теплоизоляция с волокнистым каркасом (минеральная теплоизоляция)
Минеральная вата. Теплоизоляция, состоящая из тончайших стекловидных волокон, получаемых методом распыления жидкого расплава шихты из металлургических шлаков, горных пород либо других силикатных материалов. В зависимости от исходящего материала базальтовая вата делится:

1) на минеральную (каменную) вату — производят из минеральных горных пород (осадочные горные породы: глины, известняки, доломиты, мергели и низверженные: граниты, синиты, пегматиты, пемза, туф;
2) шлаковую вату (шлаковату) — производят из металлургических шлаков — доменные, вагранковые и мартеновские шлаки,и шлаки цветной металлургии;
3) стеклянную вату (стекловату) — производится из стекла.
Теплоизоляционные характеристики минеральной ваты определяются воздушными порами, заключенными среди волокон теплоизоляции.

Минеральная вата производится дутьевыми (паро-, воздухо-, газодутьевыми) и центробежным методами.
Технологичный процесс состоит:
1) из подготовки начального сырья и топлива,
2) составления шихты,
3) извлечения силикатного расплава,
4) извлечения минерального волокна,
5) изготовления продуктов из минерального волокна.

Не станем рассказывать все детали изготовления теплоизоляции из минеральной ваты, остановимся только на том, что в базу дутьевых методик положено применение кинетической энергии пара, сжатого воздуха либо газа, выходящего из сопла и встречающего на своем пути поток силикатного расплава, в итоге чего он разбивается на капли, вытягивающиеся поначалу в цилиндрики, который затем суживается и образует два грушевидных тела, связанных нитью. Грушеобразные тела уменьшаются и преобразуются в волокна. Центробежный метод базируется на применении центробежной силы крутящегося диска, на какой падает поток силикатного расплава. Имеется еще самый «продвинутый» метод получения минеральной ваты — центробежно фильерно-дутьевой. Он гарантирует совершенное отсутствие неволокнистых включений (именуемых «корольками»), а еще маленький диаметр волокон ваты. Характеристики минеральной ваты: с повышением содержания кремнезема в минеральной вате увеличивается температура ее размягчения и температуростойкость. Глинозем увеличивает химическую и биологическую стойкость теплоизоляции, оксид железа понижает температуростойкость, повышает коррозийность теплоизоляции. Коэффициент теплопроводности находится в зависимости от средней толщины волокон теплоизоляции, объемного веса и пористости. Наилучшею считается пористость 90%. Толщина волокна имеет возможность колебаться с 2 по 40 мкм.

Имеется целая сеть заводов по изготовлению теплоизоляции как в государствах ближнего зарубежья, так и за рубежом. Из отечественных предприятий можно назвать: Лайнрок (Челябинская область) Тизол (Свердловская область) НТЗТИ (Нижний Тагил) , из зарубежных Rockwool (Дания), Раrос (Финляндия), Izolacja S. А. (Польша).

Производство теплоизоляции из стекловолокна

Стеклянная вата. Теплоизоляция, состоящая из хаотично размещенных эластичных стеклянных волокон, полученных методом вытягивания из расплавленного стекла.
Сырьем для получения стеклянной ваты служит стекло либо отходы стекольной индустрии.
Историческая ссылка: Стеклянная вата, либо волокно, использовалась еще в начале 20-го столетия под разными названиями: ветрофлекс, эризоль, вераэризоль, стеклянный шелк.
Производится стеклянная теплоизоляция 2-мя методами — дутьевым и методом постоянного вытягивания (фильерно-дутьевой). Технологичный процесс извлечения стеклянного волокна по дутьевой методике подобен дутьевой методике извлечения минеральной ваты. Стеклянное волокно обладает толщиной от 4 до 30 мкм, длину волокна 120-200 мм. Метод непрерывного вытягивания выглядит следующим образом. Стеклянная шихта загружается в ванную печь (t=1500°C), под действием температуры расплавляется по плоскости и стекает нетолстым слоем в участок гомогенизации, где делается наиболее однородной. Расплав выливается сквозь особую пластинку, каковая имеет отверстия (фильеры) диаметром 0,1 мм. Из выливающейся струйки расплава вытягивается нить при помощи быстро крутящегося барабана. Метод постоянного вытягивания дает волокно без «корольков», однородной толщины и высочайшего качества. Крепкость стекловолокна находится в зависимости от его толщины. Чем волокно толще, тем оно наиболее хрупкое. Хрупкость волокна инициирует его быстрое разрушение при вибрации. Выпускаемое в СССР теплоизоляция из стекловолокна имела различные толщины: так, волокно толщиной 20-25 мкм сильно колется, 18 мкм — слабо, 15 мкм — не колется. То есть наилучшая толщина волокон теплоизоляции должна быть 15 мкм и менее.

 

 

Наиболее современные технологии изготовления теплоизоляции из стекловолокна дозволяют получать среднюю толщину 6 мкм (то есть волокно фактически не раздражает кожные покровы и слизистые оболочки респирационных путей). Технологичный процесс получения теплоизоляции из стекловолокна ISOVER состоит из последующих шагов.

Сырье (повторно используемое стекло, песок, сода, известняк) расплавляется в печи (t=1400°C и более}; в последствии чего расплавленная масса струится в волокнообразователь, какой представляет собой прядильную центрифугу, где совершается деление стекла на волокна. Между собой волокна скручиваются при помощи связывающего вещества (оно в виде аэрозоли смешивается со стекловолокном во момент процесса волокнообразования). Изделия, пропитанные смолой, попадают на термическое обрабатывание (t=250°C), каковая дает готовому теплоизоляционному материалу необходимую жесткость.
Коэффициент теплопроводности теплоизоляции из стекловолокна колеблется (0,029-0,040 Вт/мК), температуростойкость +450°С, морозостойкость (многократное замораживание и размораживание) -25°С. Стекловата кислотоустойчива.
Делают еще каолиновую, кварцевую, графитовую ваты. Эта теплоизоляция имеет повышенную температуростойкостью.

По своим свойствам стекловатная теплоизоляция отличается от минераловатой. У последней наименьшая средняя плотность, наименьшая температуростой кость.

Применяют теплоизоляцию из стекловолокна для теплоизоляции строительных конструкций, а также в промышленной изоляции (трубопроводы, индустриальное оборудование), а также морозильников, автотранспортных средств.
Производители теплоизоляции из стекловолокна: Isover, URSA, Кнауф (Knauf), Тисма.
Теплоизоляция URSA изготавливается на базе стеклянного и штапельного волокон, оборудование германского концерна «Flider».

Теплоизоляция из стеклянной ваты
Коэффициент теплопроводности: 0,029-0,040 Вт/мК
Область применения: стены, полы, потолки, кровли
Производится в виде: жестких и полужестких плит,
мягких плит, матов, жгутов (шнуров)

 

Теплоизоляция из  базальтовой ваты
Негорючий материал
Коэффициент теплопроводности: 0,035-0,058 Вт/мК
Область применения - теплоизоляция стен, полов, потолков, кровли,
фасадов, фундаментов
Производится в виде: жестких и полужестких теплоизоляционных плит,
мягких плит, матов, листов, шнуров

Теплоизоляция из каолиновой ваты. Вата и изделия на ее базе иметь отношение к огнеупорным (высокотемпературная изоляция, температура применения t= 1100-1250°C). Сырьем для ее изготовления служат промышленный глинозем, имеющий 99% оксида алюминия, и чистый кварцевый песок. Расплав получают в пятиэлектродной рудотермической печи (температура плавления 1750°С). Рабочее пространство печи состоит из зон плавления и формирования. Область плавления оборудована 3-мя графитированными электродами, область формирования — 2-мя. Поток расплава раздувается паром под давлением 0,6-0,8 МПа при помощи эжекционного сопла.
В качестве связующего применяют жидкое стекло, глиноземный спеццемент, огнеупорные глины, кремнеорганическое связывающее.
Средняя плотность каолиновой ваты 80 кг/м3. Она устойчива к вибрации, инертна к воде, водяному пару, маслам и кислотам, располагает высочайшими электроизоляционными свойствами, какие фактически не изменяются с повышением температуры до 700-800°С, не смачивается жидкими сплавами. Каолиновая вата изготавливается в рулонах и в виде продуктов разной формы (теплоизоляционные плиты, скорлупы, сегменты и т. д.).
Каолиновая теплоизоляция производится в виде комовой ваты и всевозможных изделий. Область использования — разные отрасли индустрии.

Теплоизоляционные материалы с волокнистым каркасом (органические)
Фибролит. Теплоизоляция в виде плит, получаемых путем прессования древесных стружек с вяжущими элементами, а впоследствии сушки.
В зависимости от вяжущих элементов он делится на магнезиальный, доломитный, армоцементный, известковотрепельный, гипсовый и битумный.
Сырьем для производства фибролита является древесный опил (т. н. «древесная ткань») и вяжущие. Древесный опил производится из древесины осины, сосны или ели в виде лент длиной не меньше 400 мм, шириной 5-7 мм, толщиной 0,5-1 миллиметров.

Технологический процесс производства теплоизоляции из фибролита:.

Приготовляется затворитель, смешивается с заполнителем, прессуются фибролитовые плиты, потом их термически обрабатывают и сушат.
Теплоизоляция фибролит не подвержен горению, способен тлеть, биостоек, воздухопроницаем. Коэффициент теплопроводности теплоизоляции в зависимости от связующего колеблется в границах 0,11-0,25 Вт/мК. Фибролит бывает теплоизоляционный и конструктивный. Первый используют для теплоизоляции стен и кровель, второй — для перегородок каркасных стен в холодных условиях. Фибролит считается местным теплоизоляционным материалом.
ДВП (древесноволокнистые плиты) и ДСП (древесностружечные плиты). ДВП — теплоизоляция, изготовляемая издревесноволокнистой массы, пропитанной эмульсией. Сырьем служит неделовой лесоматериал, отходы лесопильной и деревообрабатывающей индустрии, хлопчатобумажная макулатура, а еще стебли соломы, кукурузы, хлопчатника. С целью увеличения прочности и долговечности используют особые добавки: канифольную, парафиновую, битуминозную эмульсии; составы для антисептирования волокнистой массы, для водостойкости, биостойкости и огнестойкости; глинозем, алебастр и иное.
Сырьевые материалы дробят в особых аппаратах с большим количеством воды. Влага помогает размалывать древесину на единичные волокна. Потом их перемешивают со специльными добавками. Дальше жидкотекучую волокнистую массу отливают в длинносеточной листоотливной машине. После этого масса обезвоживается и уплотняется, а потом разрезается на плиты. Уже готовые плиты поступают в сушилку, а после нее прессуются. Средняя плотность ДВП — 150-350 кг/м3, теплопроводность — 0,046-0,093 Вт/мК, предел крепость при изгибе менее 0,4-2,0 МПа.

Древесноволокнистые плиты изготавливаются 3-х типов:
1. Теплоизоляционные плиты. Их применяют для тепло- и шумоизоляции стен, потолков, полов, перегородок и перекрытий. Габариты: 2700x1200x12,25 миллиметров.
2. Ветрозащитные изоплиты. Используются с целью уплотнения и упрочнения наружных стен, потолков и кровель строений. Габариты: 2700x1200x12,25 миллиметров.
3. Изоляционные плиты для пола. Используются для «плавающей» подложки под паркет и ламинированные полы. Теплоизоляционная плита сглаживает неровную плоскость под паркетом, утепляет пол и гарантирует превосходную звукоизоляцию.
У ДВП высокое влагопоглощение — вплоть до 18% в сутки, внушительная гигроскопичность — вплоть до 15% в обычных условиях, в них имеют все шансы развиваться грибки, при изменении влажности находящейся вокруг среды они меняют свои размеры.

ДСП представляют собой продукты, получаемые прессованием древесной стружки с добавкой синтетических смол. Как и древесноволокнистые поиты, они имеют различную плотность. Для теплоизоляции применяют нетяжелые плиты, для конструктивно-отделочных работ — полутяжелые и нелегкие. Сырьевые материалы для всех видов плит является схожим, способ производства тоже. Различие состоит в том, что при изготовлении легких плит применяется поменьше полимера (на 6-8%), и ниже давление при прессовании (на 0,2-0,7 МПа). ДСП получают горячим прессованием массы, включающей около 90% органического волокнистого материала (тонкой древесной стружки) и 8-12% синтетических смол. ДСП бывают одно- и многослойными.
Область использования и характеристики ДСП те же, что и у ДВП, за исключением легких плит. Их габариты: 2500-3600 х 1200-1800 х 13-25 мм. Средняя плотность 250-400 кг/м3, предел крепости при изгибе до 12,0 МПа, коэффициент теплопроводимости 0,045-0,09 Вт/мК.

ДВП (древесноволокнистая плита) и ДСП (древесностружечная плита) Пожарная
Коэффициент теплопроводности: ДВП — 0,046-0,093
Вт/мК, ДСП - 0,045-0,090 Вт/мК
Область применения:теплоизоляция стен, полов, потолков
Изготавливается в виде: плит