Теплоизоляционные материалы: свойства, характеристики, разновидности
Понятие теплоизоляционных материалов крайне широко: в сфере строительства это – стройматериалы и приспособления с небольшой степенью теплопроводности, выполняющие функции:
теплозащиты сооружений жилого и нежилого назначения;
изоляции объектов инженерных систем;
защиты изолируемых объектов от нагрева (например, холодильные камеры).
Теплоизоляционные материалы: принцип действия
Чтобы выбрать подходящий теплоизоляционный материал, необходимо понимать принцип действия теплоизоляции.
Теплопроводностью называется перемещение тепла за счет движения молекул. Самый низкий коэффициент теплопроводности имеет неподвижный сухой воздух – 0,023 Вт/(м*С).
Чем ниже теплопроводность, тем выше теплоизоляция: поэтому, принцип действия любых теплоизоляционных материалов (в верхней зимней одежде, строительстве и т.д.) основан на удержании воздуха в своих порах или ячейках.
Что общего между всеми утеплителями, будь то базальтовая вата, стекловолокно или пенопласт? Это становится понятно при увеличении материалов под микроскопом: все они внутри пористые, состоят из ячеек или волокон, занимающих минимум пространства и служащих для задержки воздуха внутри материала (волокна и ячейки только замедляют молекулярное движение: остановить его полностью невозможно).
Если материал имеет низкую теплопроводность, он называется теплоизолятором, если же он предназначен для удержания тепла внутри объекта – он называется утеплителем: тем не менее, сейчас эти понятия уже не разграничиваются.
Основные характеристики теплоизоляционных материалов
Две основополагающих характеристики теплоизоляционных материалов – степень теплопроводности и пористость. Теплопроводность, в свою очередь, зависит от показателей влажности материала (влага более чем в 25 раз лучше проводит тепло, если теплоизолятор сырой, он не выполняет своих функций), температуры, состава и структуры.
Пористость – это показатель общего количества пор в материале (от 50 и до 98%): от нее зависит плотность и устойчивость теплоизолятора к деформации, а также его теплопроводность.
Структура пор может быть разной: они могут располагаться упорядоченно или хаотично (чем равномернее их распределение, тем лучше материал), иметь закрытую и открытую структуру, большой и маленький размер.
Не менее важны следующие характеристики:
Процент содержания влаги. Важный показатель – равновесная гигроскопическая влажность материала при изменениях температурно-влажностного режима эксплуатации материала.
Водопоглощение или свойство к впитыванию и удержанию влаги при прямом соприкосновении с ней. Существуют также гидрофобные теплоизоляционные материалы, не впитывающие влагу (это свойство достигается искусственным введением в состав материала особых добавок).
Плотность – отношение массы к объему, занимаемому материалом.
Прочность на сжатие. Если показатель прочности материала превышает 5 Мпа, то он относится к разряду теплоизоляционно-конструктивных материалов (может использоваться в несущих конструкциях).
Паропроницаемость – показатель количества водяного пара, проходящего через материал в условиях одинаковых температур с двух сторон слоя.
Класс пожарной безопасности материала.
Огнестойкость – свойство утеплителя в течение регламентированного времени (указано на упаковке) переносить высокие температуры без разрушения.
Биологическая стойкость: способность материала противодействовать живым микроорганизмам: грибкам, плесени, насекомым.
Температурная устойчивость – свойство материала сохранять исходные характеристики до определенной температуры.
Морозоустойчивость – способность материала сохранять свою структуру и свойства при многократном замерзании и размораживании.
Огнестойкость - способность конструкций в течение определенного времени выдерживать без разрушения воздействие высоких температур.
Прочностный предел на изгиб (для плитного утеплителя) и растяжение (для матов, войлочных рулонных материалов, и др.): показатель, важный для правильной транспортировки и установки утеплителя.
Виды и применение теплоизоляционных материалов
Минеральная вата считается самым популярным утеплителем универсального назначения. Минеральной ватой называется любой волокнистый утепляющий материал на основе минерального сырья: доломита, базальта и др. горных пород. Для придания формы, в процессе производства добавляется синтетический связующий компонент (чаще всего – фенолформальдегидная смола).
Степень пористости материала составляет свыше 95%, что обуславливает высокие теплоизоляционные свойства. Вата выпускается в матах, плитах 3-х степеней жесткости, цилиндрах (применяются для утепления труб).
Разновидности минеральной ваты:
Шлаковата: минвата на основе самого дешевого сырья – шлака, имеет низкие теплоизоляционные свойства, не применяется в жилых помещениях.
Каменная вата двух разновидностей: на основе природных ископаемых со связующим компонентом, и на основе тонкого и супертонкого базальтового волокна.
Стекловолокно (вата на основе очень тонких стеклонитей).
Минеральная вата относится к категории негорючих утеплителей. В числе ее преимуществ:
низкая теплопроводность;
шумоизоляция;
высокая морозоустойчивость и термоустойчивость.
Главным недостатком минваты является потеря свойств при намокании: для этого в состав некоторых минераловатных материалов добавляются вещества, придающие им гидрофобные качества. Кроме того, при монтаже ваты нужно предусмотреть пароизоляцию и гидроизоляцию.
Наивысшими теплоизолирующими свойствами обладает такая разновидность минераловатных материалов как плиты и маты на основе базальтовых горных пород. Выделяется два типа базальтового волокна: непрерывное и штапельное.
В числе преимуществ материала:
высокая степень огнезащиты;
теплостойкость: материал сохраняет свои свойства даже при высоких температурах;
звукоизоляция;
долговечность.
Стекловата – это материал на основе тонких и супертонких стеклонитей. Она имеет ту же сырьевую базу, что и стекло: известь, кварцевый песок, сода.
Материал выпускается в плитах, рулонах (стеклоткань, стеклохолст) стеклосетке, скорлупах (для тепловой изоляции труб). На основе стеклоткани и стеклохолстов производятся прошивные маты.
Стекловата имеет те же преимущества, что минеральная вата:
экологичность;
гибкость и эластичность стекловолокон;
устойчивость формы, минимальная деформация в процессе эксплуатации;
биологическая устойчивость.
По прочности стекловата выигрывает у базальтовых материалов, а также отличается повышенной шумоизоляцией. Вместе с тем, она меньше подходит для теплоизоляции технических объектов: предел температурной стойкости стекловолокна составляет 450С° (без учета связующего компонента), что ниже, чем у материалов на основе базальтовых пород.
В отдельный раздел стоит выделить полимерные теплоизоляционные материалы: (жесткие, средне жесткие и эластичные). Выделяется 2 вида пенопластовых материалов: термопластичные (после повторного нагрева размягчающиеся) и термонепластичные (материалы, отвердевающие после первичного нагрева и при повторном нагревании не размягчающиеся).
Термонепластичные материалы:
пенополистирол;
пенополивинилхлорид.
Термонепластичные материалы:
пенополиуретан;
материал на основе фенолформальдегидной или эпоксидной смол и др.
Полимерные материалы долговечны, обладают высокими теплоизолирующими свойствами, удобны в применении (кроме мелкодисперсного пенополиуретана, для нанесения которого требуется специальное оборудование), имеют невысокую степень водопоглощения.
Вместе с тем, большинство полимерных утеплителей относится к классу горючих материалов, кроме того, они не «дышащие».
Данные недостатки нивелирует такой утеплитель как ПИР плиты. Основа данного материала – пенополиизоцианурат. Он близок по структуре с пенополиуретаном, однако существенно превосходит его по показателям стабильности и устойчивости к химическому, механическому и термическому воздействию.
В числе прочих преимуществ материала:
энергоэффективность;
группа горючести Г1: теплоизоляция может долгое время сопротивляться воздействию открытого пламени;
водонепроницаемость: закрытая структура ячеек обеспечивает почти нулевой процент поглощения воды;
высокая упругость на сжатие;
деформационная устойчивость.
Многие производители, в частности ТМ ТехноНИКОЛЬ занимается производством особых PIR плит с герметичной двусторонней фольгированной обкладкой: такой теплоизолятор также выполняет функции пароизоляционной и гидроизоляционной мембраны.
Применение теплоизоляционных материалов позволяет минимизировать потери тепла при эксплуатации помещений. Если предполагается дополнительная теплоизоляция сооружения, можно сэкономить на дорогих строительных материалах и сделать стены прочие ограждающие конструкции более тонкими: при этом, их энергоэффективность будет даже выше. Существенно сокращая теплопотери, теплоизоляционные материалы позволяют снизить затраты на отопление эксплуатируемых помещений.
