Органические теплоизоляционные материалы и изделия

Материалы на основе органического сырья природного происхождения. Фибролит – плитный материал из древесной шерсти и неоргани­ческого вяжущего вещества. Древесную шерсть (стружку длиной 200-500, шириной 2-5 и толщиной 0,3-0,5 мм) получают на специаль­ных станках, используя короткие бревна ели, липы, осины или сосны. Вяжущими чаще всего служат портландцемент (цементный фибролит) и магнезиальное вяжущее (магнезиальный фибролит). Формы с массой последовательно прохо­дят камеру начеса, прессовочный вал, пост разделки на плиты, каме­ру твердения и сушки. Плиты выпускают плотностью 300-500 кг/м³, тепло­проводностью 0,1- 0,15 Вт/(м × °С), с пределом прочности при изгибе 0,4-1,2 МПа. Плиты применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций, устройства перегородок, каркасных стен и перекрытий в сухих условиях. Фибролит хорошо обрабатывается – его можно пилить, сверлить, в него можно вбивать гвозди.

Теплоизоляционные бетоны на основе органических заполнителей (арболит, опилкобетон, костробетон, полистиролбетон и т.п.) изготовляют на основе минерального вяжущего и легкого орга­нического заполнителя (древесных опилок, дробле­ной станочной стружки или щепы, сечки соломы или камыша, костры, вспученных полистирольных гранул и др.). Теплоизоляционные бетоны имеют плотно­сть до 500 кг/м³, предел прочности при сжатии 0,5-3,5 МПа, предел прочности при изгибе 0,4-1,0 МПа; теплопроводность 0,08-0,12 Вт/(м × °С).

Древесноволокнистые плиты изготовляют путем горячего прес­сования массы, содержащей около 90 % органического волокнистого сырья (чаще всего применяют специально приготовленную древес­ную шерсть) и 7-9 % синтетических смол (фенолоформальдегидных и др.). Для улучшения свойств плит в сырьевую массу добавляют гидрофобизующие вещества, антисептики и антипирены. Древесноволокнистые плиты производят из не­деловой древесины, используют отходы лесопиления и деревооб­работки, а также бумажную макулатуру, солому, стебли кукурузы. Плотность древесноволокнистых теплоизоляционных плит – до 250 кг/м³, теплопроводность – до 0,07 Вт/(м × °С).

На основе растительного сырья готовят ряд местных материалов: камышит, соломит, торфяные изоляционные плиты и др.

Одним из перспективных направлений в производстве современных теплоизоляционных материалов является использование вторичного сырья, в том числе бытовых отходов (бумаги и картона). При этом получают эковату, которая является по теплоизоляционным свойствам аналогом традиционных утеплителей: минеральной ваты, стекловаты и т.д. Среднее значение теплопроводности эковаты составляет 0,041 Вт/(м × °С). Эковата трудно сгораема, что обусловлено добавками антипиренов, биостойкая, обладает звукопоглощающими свойствами.

Сотопласты изготовляют путем склейки гофрированных листов бумаги, стеклянной или хлопчатобумажной ткани, пропитанных по­лимером. Они служат эффективным утеплителем в трехслойных па­нелях.

Ячеистые пластмассы подразделяются в зависимости от ха­рактера пор на пенопласты и поропласты. Пенопласты имеют пре­имущественно закрытые поры в виде ячеек, разделенных тонкими перегородками. К поропластам относятся ячеистые пластмассы с сообщающимися порами. Имеются материалы со смешанной струк­турой. В ячеистых пластмассах поры занимают 90-98 % объема материа­ла, поэтому ячеистые пла­стмассы очень легкие и малотеплопроводны. Их плотность составляет всего 15-45 кг/м³, а теплопроводность – 0,026-0,058 Вт/(м × °С).

Пенополиуретан получают в результате химических реакций, протекающих при смешении исходных компонентов (полиэфира, диизоцианита, воды, катализаторов и эмульгаторов). Изготовляют жесткий и эластичный полиуретан. Плотность 25-45 кг/м³, прочность при 10 %-ном сжатии – 0,3-0,7 МПа. Жесткий пенополиуретан отличается высокой механической прочностью, устойчивостью к износу и химической и биологической стойкостью. Может быть использован при температуре от -50 °С до +110 °С. Жесткий пенополиуретан применяют в виде плит и скорлуп. Эластичный пенополиуретан служит для гер­метизации стыков панелей. Разработаны рецептуры заливочных ком­позиций, которые могут вспениваться даже на холоде. По огнестойкости относится к самозатухающим материалам.

Пенополистирол изготовляется из поли­стирола с порообразователем. Беспрессовый пенополистирол (ПСБ) имеет плот­ность 20-40 кг/м³ и теплопроводность 0,035-0,04 Вт/(м × °С). Его водопоглощение может достигать относительно больших значений, что ухудшает теплоизоляционные и физико-механические свойства и ограничивает срок службы этого материала (около 10 лет в Московском регионе). Более эффективный материал – экструзионный пенополистирол (ЭППС) – практически не впитывает влагу, и поэтому его теплотехнические свойства не ухудшаются при эксплуатации. Его плотность находится в пределах от 30 до 50 кг/м³, а теплопроводность составляет 0,03-0,035 Вт/(м × °С).

Пенополивинилхлорид – теплоизоляционный материал, незначи­тельно изменяющий свои свойства при изменении температуры от -60 до +60 °С. Он менее горюч по сравнению с пенополистиролом.

Вспененный полиэтилен («Пленэкс», «Изолон» и др.) применяют для тепловой изоляции трубопроводов и технологического оборудования при температуре до от -40 до +100 °С. Наличие в этих материалах антипиренов делает их трудногорючими.

Органические теплоизоляционные материалы, и прежде всего ячеистые пластмассы, а также минераловатные изделия благодаря их высоким теплоизоляционным свойствам и чрезвычайно малой плотности относят к эффективным утеплителям. При этом они отличаются низкой удельной стоимостью. Так, теплоизоляционный слой пенопласта толщиной 5-6 см эквивалентен по теплозащите слою 14-16 см из ячеистого бетона или кладке толщиной 100-150 см из обычного кирпича. В то же время осо­бенностью органических теплоизоляционных материалов, и прежде всего ячеистых пластмасс, является их ограниченная теплостойкость (для последних – от 60 до 130 °С в зависимости от вида пластмассы). Большинство из них горючи, а при горении они образуют множество летучих высокотоксичных соединений. Кроме того, недостатком этих материалов является усадка, ко­торую можно уменьшить, выдерживая материал до приме­нения и используя гибкие и эластичные материалы типа битумно-эластомерного наплавляемого полотна в качестве гидроизоляци­онного слоя.

На этом фоне более привлекательными выглядят теплоизоляционные материалы на основе легких органических заполнителей и минерального вяжущего вещества, а также из сырья природного происхождения, которые являются трудносгораемыми и биостойкими материалами (при условии введения добавок эффективных антипиренов и антисептиков). Наиболее долговечными и экологически чистыми, несомненно, являются минеральные теплоизоляционные материалы (пеностекло, ячеистые бетоны и т.д.). Поэтому, несмотря на более высокую стоимость, в настоящее время применение именно этих материалов растет (особенно с учетом последних достижений науки и технологии в снижении их плотности и теплопроводности).