Развитие современного индустриального строительства связано с созданием и повышением качества теплоизоляционных материалов. При этом наибольший интерес представляют теплоизоляционные материалы на минеральной основе, не подверженные гниению, достаточно огнестойкие и более долговечные, чем материалы из растительного волокна.
В настоящее время номенклатура выпускаемых теплоизоляционных материалов насчитывает более 25 наименований, из них решающее значение имеют изделия и материалы на основе минерального сырья — горных пород, шлаков, стекла и асбеста.
Минеральная вата и изделия на её основе
Минвата представляет собой теплоизоляционный материал, получаемый из расплава горных пород или металлургических шлаков и состоящий из стекловидных волокон и различных неволокнистых включений в виде капель силикатного расплава и микроскопических обломков волокон. Длина волокон минеральной ваты в зависимости от способа производства бывает от 2 до 60 мм, в массе должно содержаться до 80—90% тонкого волокна диаметром менее 7 мкм. В зависимости от величины объёмной массы минеральную вату выпускают трёх марок — 75, 100 и 125. Коэффициент теплопроводности при средней температуре 25±5°С равен соответственно 0,042, 0,044 и 0,047 Вт/м-°С, при температуре 100°С — 0,058, 0,059 и 0,060 Вт/м-°С, влажность — не более 2%.
Минеральная вата прочно занимает ведущее положение среди теплоизоляционных материалов из неорганического сырья. Это обусловлено неограниченностью сырьевых запасов, простотой производства, высокой морозостойкостью, малой гигроскопичностью и небольшой стоимостью; её можно применять для изготовления теплоизоляционных изделий и теплоизоляции при температуре изолируемых поверхностей от -200 до + 600° С. Вместе с тем следует отметить, что применение рыхлой минеральной ваты для тепловой изоляции затруднено присущими ей специфическими недостатками. При перевозках и хранении вата уплотняется и комкуется, часть волокон ломается и превращается в пыль; в конструкциях рыхлая вата должна быть защищена от механических воздействий, её укладка требует больших трудозатрат. Перечисленные недостатки рыхлой минеральной ваты частично или полностью устраняются при переработке её в различные минераловатные изделия.
На основе минерального сырья производят минераловатные маты, полужёсткие и жёсткие плиты, а также скорлупы, сегменты, цилиндры и другие изделия. Теплоизоляционные маты на основе минерального волокна предназначены для тепловой изоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов тепловых сетей. Отечественная промышленность производит несколько видов минераловатных матов. Маты минераловатные прошивные применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 400° С. Изготавливают их следующим образом: слои минеральной ваты из камеры осаждения сначала подают транспортёром в камеру охлаждения, где минераловатный ковёр уплотняется до заданной толщины и одновременно через него просасывается холодный воздух. Охлаждённый ковёр затем направляют на прошивочную машину, прошивают нитями с помощью специальных игл. На этом же станке при помощи дисковых ножей осуществляют продольную разрезку ковра, после чего разрезанные на заданные размеры маты поступают на рулоно укладчик, а затем на упаковку.
Маты прошивные минераловатные изготовляют длиной 2000, шириной 900-1300 и толщиной 60 мм. По объёмной массе в сухом состоянии выпускают маты М 150, коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии — не более 0,046 Вт/м-°С. Маты минераловатные прошивные на металлической сетке используют для изоляции при температуре до 600°С. Изготавливают их из фильерной ваты марки ВФ путём прошивки ковра минеральной ваты на металлической сетке хлопчатобумажными нитками. Маты выпускают размерами 3000x500x50 и 5000х1000х100 мм, объёмной массой 100 кг/м3, коэффициентом теплопроводности при 100°С — 0,05 Вт/м-°С. Минераловатные маты на обкладке из стеклохолста используют для изоляции поверхности с температурой 400°С. Состоят из минеральной ваты, пропитанной маслом и прошитой стекложгутом, прошедшим обработку в мыльном растворе. Эти маты производят объёмной массой 125-175 кг/м3, размером ковра 2000×500х40 мм и коэффициентом теплопроводности при 25± ±5°С — 0,044 Вт/м-°С.
Маты минераловатные на крахмальном связующем с бумажной обкладкой предназначены для теплоизоляции трубопроводов, прокладываемых внутри помещений, и промышленного оборудования с температурой до 150°С. Эти маты выпускают объёмной массой — 100 кг/ м3 и коэффициентом теплопроводности при 25±5°С — 0,044 Вт/м-°С, длиной 1000-2000, шириной 950-2000 и толщиной 40, 50, 60 и 70 мм.
Теплоизоляционные минераловатные полужёсткие плиты на основе минерального волокна применяют в качестве эффективного теплоизоляционного материала в строительных конструкциях, а также для тепловой изоляции промышленного оборудования, трубопроводов и холодильных установок. Полужёсткие плиты производят на фенольном и синтетическом связующих. Полужёсткие минплиты марки ПП на фенольном связующем изготавливают из минерального волокна путём нанесения на него распылением раствора фенолоспиртов с последующей поликонденсацией и охлаждением. Плиты производят объёмной массой до 100 кг/ м3, коэффициентом теплопроводности при 25±5°С — 0,046 Вт/м-°С, размером 1000x500x30 (40; 60) мм.
Полужёсткие плиты марки ППМ на синтетическом связующем вырабатывают из ковра минеральной ваты марки ВФ, пропитанной синтетическим связующим с последующей тепловой обработкой. Их производят объёмной массой 80-100 кг/ м3 и коэффициентом теплопроводности (при 0-100°С) соответственно 0,031 и 0,058 Вт/м-°С.
Теплоизоляционные жёсткие плиты и изделия на основе минерального волокна. Жёсткие минеральные изделия изготовляют в виде плит, скорлуп и полуцилиндров на основе минеральной ваты и какого-либо органического связующего вещества: синтетического и битуминозного. Из синтетических связующих применяют феноло-формальдегидные и карбамидно-формальдегидные, а из битуминозных — битумы высоких марок с температурой размягчения не менее 45-50°С.
Производство жёстких минераловатных изделий состоит из смешивания волокон с вяжущими веществами в виде эмульсии или пасты, формования изделий из полученной массы при некотором уплотнении и тепловой обработке. Формование изделий производят с применением вакуум-прессов вследствие повышенного содержания воды в формовочной массе и недопустимости сильного давления при формовании. Сушку изделий ведут при температуре 110-120°С, но после испарения влаги температуру сушки повышают до 130-140°С. При этом изделия на битумной связке приобретают лучшие физико-механические свойства вследствие образования битумом тонкой расплавленной плёнки, обеспечивающей затем хорошую связь между волокнами.
Жёсткие минераловатные плиты производят нескольких видов. Жёсткие плиты типа СМ 250 на битумном связующем производят мокрым способом формования гидросмеси. Применяют их для теплоизоляции строительных конструкций. Они обладают низкой гигроскопичностью, водостойки и биостойки. Коэффициент теплопроводности 0,042 Вт/м-°С, температура эксплуатации — до 70°С. Плиты выпускают размером 1000х100х60 мм. Жёсткие плиты марки ПЖ на синтетическом связующем применяют в крупнопанельных ограждающих конструкциях, для утепления совмещённых кровель в гражданском и промышленном строительстве. Они отличаются повышенной жёсткостью, малой объёмной массой — до 120 кг/м3, малым коэффициентом теплопроводности — 0,04 Вт/м-°С. Выпускают их размером 1000х500х600 мм.
Жёсткие плиты на бентоколлоидном связующем благодаря высокой отражательной способности особенно эффективны для теплоизоляции объектов с высокой температурой поверхностей (до 600°С). Плиты стойки к воздействию химических и биологических сред, имеют объёмную массу до 150 кг/ м3, коэффициент теплопроводности при температуре 25±5°С — 0,04, а при температуре 270±5°С — 0,11 Вт/м-°С. Выпускают их размером 500 х5000 (50-90) мм.
Цилиндры теплоизоляционные на синтетическом связующем используют для теплоизоляции трубопроводов с температурой от -600 до + 400°С. Производство полуцилиндров осуществляют по непрерывному способу на прессполимеризационной установке, по принципу формования изделий в камерах полимеризации. Полуцилиндры на синтетическом связующем производят объёмной массой до 200 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности — 0,044-0,048 Вт/м-°С.
Стеклянная вата и маты из стекловолокна
Стеклянная вата представляет собой волокнистый теплоизоляционный материал, получаемый из расплавленной стекломассы. Стеклянная вата имеет повышенную химическую стойкость, теплопроводность при 25°С — 0,05 Вт/м-°С, она не горит и не тлеет, объёмная масса в рыхлом состоянии не должна быть более 130 кг/м3. Диаметр волокон стеклянной ваты, применяемой для теплоизоляции, не превышает 21 мкм. Структура ваты должна быть рыхлой — количество прядей, состоящих из параллельно расположенных волокон, не более 20% по массе. Стеклянную вату изготавливают фильерным, дутьевым и штабиковым способами. Стеклянную вату из непрерывного стекловолокна применяют для изготовления теплоизоляционных материалов и изделий и теплоизоляции при температуре изолируемых поверхностей от -200 до +450°С.
Маты и полосы из стеклянной ваты применяют для теплоизоляции плоских поверхностей и трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей от -200 до +450° С. Их получают путём прошивки стеклянной ваты, покрытой сверху и снизу слоем проклеенных стеклянных волокон толщиной до 1,5 мм, асбестовыми или кручёнными из стеклянного волокна нитями. Поверхность матов проклеивают 2-5%-ным раствором декстрина или другого клея. Этот слой предохраняет маты и полосы от повреждений. Стеклянные маты выпускают длиной 1000. Изделия из стеклянного волокна применяют для теплоизоляции строительных конструкций холодильников и средств транспорта при температуре от -60 до + 180° С.
В настоящее время наша промышленность производит шесть видов изделий из стеклянного волокна. Это в основном плиты и маты. Маты строительные и технические изготавливают объёмной массой 35 и 50 кг/ м3, длиной 7000-13000, шириной 500-1500 и толщиной 30-80 мм, а плиты полужёсткие строительные и технические — объёмной массой 75 кг/ м3 с размерами 1000х500 (900, 1000, 1500)х30(40, 50, 60, 70, 80) мм. Коэффициент теплопроводности всех изделий в сухом состоянии при температуре 25±5°С должен быть не более 0,045 Вт/м-°С. Производство изделий из стеклянного волокна состоит из следующих операций: смешивания волокна с водорастворимым синтетическим полимером, формования, тепловой обработки, раскроя и упаковки в тару.
Вата из супертонкого стекловолокна, а также изделия на её основе, как хороший тепло-, и звукоизоляционный материал в последние годы находит всё большее применение в строительстве. Физико-технические свойства этих материалов характеризуются следующими показателями: объёмная масса — 25 кг/м3, коэффициент теплопроводности — 0,03 Вт/м° С, температура эксплуатации — от -60 до +450°С, коэффициент звукопоглощения в диапазоне частот 400-2000 Гц составляет 0,65-0,95. Базальтовое супертонкое стекловолокно БСТВ является высококачественным материалом для тепловой изоляции, фильтрации, а также для изготовления теплостойких бумаг, картонов и матов. Этот материал производят с очень малой объёмной массой — 17-25 кг/м3, низким коэффициентом теплопроводности — 0,027-0,037 Вт/м° С, высоким коэффициентом звукопоглощения, который в диапазоне частот 100-4000 Гц составляет 0,15-0,95.
Супертонкое базальтовое волокно можно применять при температуре эксплуатации от -200 до +700°С. Такими же физико-техническими показателями характеризуются маты теплоизоляционные из супертонкого стекловолокна, Звукопоглощающие маты из супертонкого базальтового стекловолокна имеют коэффициент звукопоглощения 0,70-0,95. Пеностекло является хорошим теплоизоляционным высокопористым материалом ячеистого строения. Плиты из пеностекла применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий (для изоляции стен и перекрытий, утепления полов и покрытий промышленных и гражданских зданий), декоративной отделки интерьеров, изоляции поверхностей с температурой эксплуатации до 180°С. Пористость различных видов пеностекла составляет 80-95%, размеры ячеек — 0,25-0,5 мм. Ячейки образованы тонкими стенками, имеют микропористое строение. В результате такого строения пеностекло имеет высокие теплоизоляционные свойства. Коэффициент теплопроводности в зависимости от объёмной массы (150-250 кг/м3) колеблется от 0,058 до 0,12 Вт/м° С. Пеностекло обладает рядом ценных свойств — водостойкостью, несгораемостью, морозостойкостью и высокой прочностью — от 2 до 6 МПа — в зависимости от объёмной массы материала.
