Теплоизоляционные материалы и изделия – характеристики и типы

Развитие технологий теплоизоляционных материалов спровоцировало просто колоссальный рывок на строительном рынке. Те подходы к созданию энергоэффективности зданий, которые раньше требовали значительных затрат или были вообще слабо выполнимы, сейчас решаются без труда, если не сказать, что до обидного просто. Новые материалы не только экологически безопасны и достаточно разнообразны, они на корню меняют многие принципы строительных технологий. Так, недавно появилась возможность реализовывать различные панорамные оконные проекты даже в северных регионах страны, изменилась концепция теплообогревательных приборов и обустройства отопления в принципе. Становятся жилыми ранее не жилые помещения – подвалы и чердаки.

Теплоизоляционными называются строительные материалы, применяемые для тепловой изоляции зданий и сооружений, а также для теплоизоляции труб, ограждающих сооружений и технологического оборудования. У этих материалов ярко выражена низкая теплопроводность: в частности, при температуре в 25 °С их коэффициент теплопроводности будет не более 0,175 Вт/(м°С) и плотность не более 500 кг/м³.

Главной технической характеристикой теплоизоляционных материалов сегодня считается, конечно же, теплопроводность. Она представляет собой способность материала к передаче тепла и для того, чтобы количественно определить этот показатель, применяется специальный коэффициент теплопроводности. Он равняется количеству тепла, проходящему в течении 60 минут через образец материала толщиной в один метр и площадью 1 м², при этом разница температур у противоположных сторон будет составлять 1 °С. Теплопроводность принято выражать в Вт/(мК) или Вт/(м°C). Хотя факторов, влияющих на этот процесс, более чем достаточно: место и густота расположения пор материала, его влажность и температура.

Но не только в теплопроводности дело. Как и любой другой строительный материал, изоляция должна отвечать определенным требованиям в плане морозостойкости и паропроницемости, выдерживать механическое воздействие на сжатие и растяжение, иметь определенные огнестойкие качества.

Классификация теплоизоляционных материалов

Знаешь классификацию – знаешь материал. Систематизация проводится по основным признакам:

  • Тип сырья: неорганические (асбестовые и керамические материалы, ячеистые бетоны и минеральные и стекловаты), органические (пенопласт, поропласт, ДВП, торфяные плиты), комбинированные материалы из органики с неорганическими исходными материалами.
  • Структура сырья: ячеистые (полимеры, бетоны, газокерамика, пенокерамика) волокнистые (ваты стеклянная и минеральная, шерсть), сыпучие (они же зернистые) материалы (гравий из керамики или шлака, пески пемзовый или шлаковый).
  • Форма материала: фасонные (сегменты, цилиндры и полуцилиндры), рыхлые (опять же, ваты и перлит, например), плоские (войлок, маты, плиты и т. д.), шнуровые (разнообразные органические и неорганические волокна типа асбестового, минерального или стеклянного волокна).
  • Горючеустойчивость, сопротивление возгораемости: несгораемые (керамзит, бетон), трудносгораемые (ксиолит), сгораемые (торфоплиты, камышит, пластмассы).
  • Наличие связующего вещества: либо содержат связующее вещество, как, например, ячеистые бетоны или фибролит, или не содержат (стекловаты и минеральные волокна).

Строительные и теплофизические особенности

Для маркировки теплоизоляционных материалов используют характеристику плотности материала, соответственно, и показателем качества будет марка плотности: D15, D35, D50, D100… - … D500, D600.

Пористые теплоизоляционные материалы

Наиболее популярными в строительстве стали именно пористые изоляционные материалы, пусть и считается, что большое количество пор приводит к ухудшению теплоизоляционных свойств. Такие выводы сделаны на основании того, что воздух имеет малую тепловодность (0,023 Вт/м°С). Суть же состоит в том, что не столько объем пор играет роль, сколько их форма, размеры, а также характер их месторасположения. В крупных порах интенсивность перемещения теплого и холодного воздуха высокая, но в мелких воздух практически не перемещается, что позволяет сохранить минимальную теплопроводность. При производстве таких материалов все технологические возможности направлены на выпуск материалов с минимально маленькими и равномерно расположенными порами.

Поры объясняют не только свойства теплоизоляции, они имеют прямое влияние на звукоизоляционные характеристики. Если поры будут замкнутыми, материал можно назвать теплоизоляционным, сквозные поры относят его напрямую к звукоизоляционным материалам. В итоге окончательное качество материала будет зависеть от его финальной обработки на производстве.

Волокнистые теплоизоляционные материалы

С волокнами не так все просто, как с порами. Волокнистую структуру имеют материалы на минеральной или органической основе. Минеральные и стеклянные ваты сложны в производстве, их волокна получаются в процессе расплавления неорганического сырья. Расплав распыляют, вытягивая через фильтры в волокна. Органическое производство волокон в разы тяжелей. Древесину или любые другие органические волокна расщепляют на волокна, как можно меньшие по диаметру, энергопотребление при этом, конечно же, просто огромное.

Волокнистые материалы осуществляют перенос тепла от одного волокна к другому, то есть выполняют конвекционную передачу тепла от объекта к объекту прямым контактом и конвективным способом, переносом тепла через воздух между волокнами. Исходя из этого, делаем вывод, что чем меньше диаметр волокна, тем меньше воздуха между ними, следовательно, и теплоперенос в этом случае затрудняется. Трудности вызваны тем, что на передачу тепла тратится тепловая энергия, и чем тоньше волокно, тем таких контактов больше, потери тепла становятся все более значительными. Воздух в такой структуре волокон тоже выглядит в виде полосок неправильной формы, это тоже затрудняет теплообмен, на этот раз за счет конвективного теплопереноса.

Еще раз повторимся, что лучшей является максимально тонковолоконная структура. Более конкретно можно сказать, что для минеральных волокон толщина одного волокна составляет 5-8 мк, здесь нужно понимать, что еще более тонкие волокна станут ломкими. У волокон органического происхождения толщина зависит напрямую от типа исходного материала и, зачастую, может быть тоньше, чем у минеральных волокон. Есть зависимость теплопроводности от направления волокон. Так, теплопроводность древесных плит вдоль примерно в два раза выше, чем та же характеристика, у того же материала поперек.

Вода в порах может полностью исказить теплопроводность любого материала, особенно замерзшая, так как теплопроводность воды составляет 0,58 Вт/м°С это где-то в 25 раз выше, чем у воздуха, а у льда вообще в 100 раз выше с показателем 2,32 Вт/м°С.

Свойства теплоизоляционных материалов

Границы температурных пределов применения материала называют температуростойкостью. Пересечение температурной границы материала приводит изменению механической прочности и разрушению. Органические материалы при превышении плюсовой границы температурного предела и вовсе загораются. В сопроводительной документации к материалу обычно указывают пределы с некоторым запасом в целях предосторожности.

Способность накапливать, аккумулировать тепловую энергию называют теплоемкостью, и принципиальное значение этот показатель несет только в условиях частых смен температурных режимов (теплосмен). У органических и неорганических материалов теплоемкость разнится. Так, у неорганических материалов она колеблется 0,67 до 1 кДж/кг°С. Если материал увлажнят, его теплоемкость возрастет, так как для воды при 4 °С она составляет 4,2 кдж/кг°С.

Способность материала воспламеняться и гореть характеризируется таким качеством, как огнестойкость. Речь идет только о взаимодействии с открытым пламенем. Материалы, которые подвержены горению под воздействием температуры в 800-850 °С в течении 20 минут необходимо предварительно обрабатывать, прежде чем допускать их к монтажным работам.

Физико-механические параметры

Проще всего с определением плотности, которая представляет собой соотношение массы сухой части материала к объему. Для волокнистых материалов это отношение верно при определенной нагрузке на них.

Немного сложнее с понятием прочности. Прочность определяют при деформации на 10%. Так как теплоизоляционные материалы имеют либо пористую, либо волокнистую структуру, прочность будет разной в каждом случае. Для ячеистых материалов этот показатель не очень большой – где-то 2-2,5 МПа. Те материалы, у которых этот показатель достигает значения 0,5 МПа и выше, называются теплоизоляционно-конструктивными. Их можно применять в ремонте офисов как несущие ограждающие конструкции. Но деформация бывает разной, и для многих материалов основным показателем будет не деформация при сжатии, а деформация на изгиб. Предел прочности на изгиб важен, прежде всего, для плит, скорлуп и сегментов, для матов, войлоков, асбестового картона. Как минимум, прочность должна быть достаточной для транспортировки и монтажа.

Более понятно выглядит способность материала изменять свою толщину под давлением. Эта характеристика называется сжимаемостью. На материал воздействует нагрузка с удельным давлением в 0,002 МПа, после чего материалы можно классифицировать на три группы: мягкие («М», деформация на 30%), полужесткие («ПЖ» деформация от 6-30%) и жесткие («Ж» деформация не более 6%).

Важным свойством является способность к водопоглощению, ведь влага отрицательно влияет не только на теплоизоляционные свойства, но и на прочность и долговечность материала. Большинство теплоизоляционных материалов, склонных к водопоглощению, больше чем на 1% своей массы обрабатывают гидрофобными материалами и добавками, это по большей части решает указанную проблему, в особенности при грамотном монтаже изоляции.

Если мы «воюем» с гидроизоляцией, то в ответ получаем проблемы с газо- и паропроницаемостью. Теплоизоляция жилых помещений не должна препятствовать воздухообмену. Поэтому производителям приходится искать компромисс между гидроустойчивостью и газопроницаемостью. Особенно успешно и результативно это получается в материалах, в которых скомбинировано органическое и неорганическое сырье.

Теплоизоляция – практически последний барьер между жилым зданием и внешней средой, последняя весьма существенно влияет не только температурными перепадами, но и биологическим воздействием. Поры теплоизоляции представляют собой удобное «гнездо» для развития различных микроорганизмов и простейших растений. В случае с теплоизоляцией органического происхождения это не только «гнездо», но и «кормушка». Целлюлоза, крахмал, клей – все это любимые блюда для анаэробных бактерий, мхов и лишайников. Используя теплоизоляцию как грунт, они разрушают ее изнутри. Химическая и биологическая стойкость материалов достигается применением антисептиков. В подавляющем большинстве антисептики весьма токсичны для человека, особенно при нагревании солнечными лучами. Различная концентрация антисептиков в материале породила определенное деление изоляции для внутреннего и наружного применения, на это стоит обратить пристальное внимание при покупке.

Не менее разрушительное действие оказывает попеременное оттаивание и замерзание материала. Но с таким условием, что вода попала внутрь через механические повреждения (трещины, свищи). Именно деятельность флоры и микроорганизмов дают воде такой шанс. Каким бы прочным и качественным не был материал, за ним нужен периодический уход, профилактика и осмотр, но это уже тема для другого обзора.

<p class="date">25.02.2014</p>