В настоящее время около 60% всей
применяемой тепло- и звукоизоляции представлено волокнистыми материалами - стеклянной,
минеральной и базальтовой ватой. Часто потенциальные инвесторы, оценивая планы
организации производства различных видов утеплителя, не в полной мере представляют
их недостатки и преимущества. Еще меньше такой информации имеет конечный потребитель.
Поэтому те и другие не могут сделать правильный выбор в пользу лучшего материала.
В конечном итоге все тратят деньги, которые можно сэкономить. В настоящем
обзоре представлены характеристики стеклянных, минеральных и базальтовых волокон
и некоторые примеры их применения.
Базальтовые волокна
получают из расплава собственно базальта, а также некоторых близких к нему пород
без каких либо дополнений в виде синтетических или минеральных веществ. Следовательно,
по применяемому сырью рассматриваемые волокна можно расположить по степени их
"ненатуральности" или, иными словами, отдаленности от природных материалов: -
стекловолокно - по сути, результат химических технологий; - шлаковата - тоже самое;
- минеральное волокно - фабрикуется на основе естественных материалов, но в смеси
они представляют собой искусственно созданный минерал; - базальтоволокно - имеет
природную формулу вулканических пород.
Номенклатура
продукции примерно одинакова и решение в пользу того или иного утеплителя
часто бывает не совсем правильным
Механические характеристики
Таблица
1
№
Параметр (характеристика)
Стекловолокно
Минеральное
Базальтовое (БСТВ)
1
Механические
1.1
Кажущаяся плотность, кг/м3
12-25
25-40
15-23
1.2
Диаметр элементарного волокна, μкм
4-12
4-10
1-3
1.3
Длина волокон, мм
15-50
16
40-70
1.4
Модуль упругости, кгс/мм2
До 7200
5400…8000
9100…11000
1.5
Коэффициент уплотнения при
эксплуатации (СНиП 2.04.14.80)
1,6
1,8
1,2
1.6
Остаточная прочность при растяжении
(после термообработки), % при температуре 20º С
100
100
100
200º С
92
95
98
400º С
52
60
86
600º С
спекание
20
76
Комментарии к Таблице 1 Воздух
- лучший изолятор. Он имеет самый низкий коэффициент теплопроводности, теоретически
недостижимый в любых материалах (кроме более легких газов, вакуума в термосах
и активной теплоизоляции). Но воздух подвижен, и перенос тепла в нем осуществляется,
в основном, не теплопроводностью, а в результате массообмена (свободной или вынужденной
конвекции). Конечно, это очень упрощенная модель, но в практически встречающихся
случаях верная на 90 %. Для исключения массобмена воздушную прослойку надо разбить
на маленькие ячейки, которые не допустят или существенно усложнят перенос горячего
воздуха в холодную зону или наоборот. Иными словами, теплоизоляция - это "гранулированный"
воздух. Чем меньше ячейки, тем лучше изолятор. И чем ближе изделие по плотности
к воздуху, тем меньший у него коэффициент теплопроводности. С учетом сказанного
понятно, что базальтовая вата имеет преимущества перед стеклянной и минеральной,
так как у нее тоньше волокна и меньше плотность (строки 1.1 и 1.2 Таблицы 1 и
строка 2.3 Таблицы 2).
Коэффициент уплотнения при эксплуатации
- показывает на сколько тоньше (и тяжелее) становится изоляция с течением времени.
Из таблицы видно, что минерального волокна нужно почти в два раза больше
для сохранения изолирующих свойств (строка 1.5). Следующая характеристика - остаточная
прочность при растяжении - показывает, что до 200 С все материалы мало меняют
свои свойства, приемлемы для общестроительных целей и изоляции не слишком горячих
трубопроводов. Однако, если действие температуры циклическое (нагрев-охлаждение),
то возникает проблема усталостной термопрочности и, в конечном итоге, долговечности
теплоизоляции.
Таблица
2 не требует особых комментариев. Следует отметить лишь то, что для стеклянного
и минерального волокон приведены "лучшие" показатели. Они могут существенно отличаться
от табличных в зависимости от марки стекла или состава шихты в минеральном волокне.
Базальтовое волокно стабильно по составу и, соответственно, по температурным характеристикам.
Кроме того, при оценке температурных характеристик необходимо учесть не только
то, как волокно "держит" температуру, но и как меняется его прочность (Таблица
1, строка 1.6). Вывод очевиден в пользу базальтовых волокон
Вибростойкость
волокон
Очень важный показатель, влияющий на долговечность
изоляции. Вибрационным и акустическим нагрузкам подвергаются все конструкции -
и строительные, и технологическое оборудование и, в особенности, транспортные
средства. В Таблице 3 представлены данные, позволяющие оценить эту характеристику.
Таблица
3
№
Параметр (характеристика)
Стекловолокно
Минеральное
Базальтовое (БСТВ)
3.1
Виброустойчивость,
(потеря веса при вибровоздействии) % при температуре:
200 ºС
450 ºС
900ºС
(v=50 Гц, А=1мм, t=3 часа)
12
41
100
40
75
100
-
0,01
0,35
3.2
Акустическая характеристика
Коэффициент звукопоглощения
0,8…0,92
0,75…0,95
0,95…0,99
Именно высокая вибростойкость
базальтовых волокон определила их исторически первую область применения - аэрокосмический
комплекс и судостроение. Кроме того, базальтовые волокна - эффективный звукоизолятор,
который не только изолирует, но и не разрушается сам от звуковых колебаний.
Примеры
из жизни. - Во всех самолетах используется только изоляция из базальтового
супертонкого и ультратонкого волокна - не "сыпется", не пылит, переносит частые
теплосмены; - Тепло-звукоизоляция глушителей некоторых японских автомобилей
- из базальтовых материалов.
Химическая стойкость-Таблица
4
№
Параметр (характеристика)
Стекловолокно
Минеральное
Базальтовое (БСТВ)
4.1
Химическая устойчивость
(потеря веса ) ,%
в воде в щелочной среде в кислотной среде
6.2 6,0 38,9
4.5 6,4 24,0
1,6 2,75 2,2
4.2
Водопоглощение
за 24 часа, %
1,7
0,95
0,02
В теплоизолирущих материалах всегда
присутствует некоторое количество влаги в виде пара или жидкости. При определенных
условиях пар может конденсироваться внутри материала. Также в процессе эксплуатации
через неплотности паро- и гидроизоляции влага может попадать из окружающей среды.
Вода осадков имеет кислотную реакцию. Утверждать, что даже при технически идеальной
защите волокно не будет контактировать с влагой нельзя. Как видно из Таблицы
4, стеклянные и минеральные волокна уступают по химической стойкости базальтовым
в 2,5-3 раза для нормальных и щелочных сред и 8- 17 для кислотных. Водопоглощение
базальта в 85 раз ниже, чем стекла. Следовательно, можно утверждать, что разрушение
стеклянных и минеральных волокон будет протекать значительно быстрее чем базальтового.
Пруток диаметром 10 мм из композиции "стеклонить - эпоксидная
смола", погруженный одним концом в дождевую воду, разрушается в течении 2-х
лет. Такой же пруток с композицией "базальтовая нить - эпоксидная смола" не
разрушился в течении 7 лет. Этот пример тем более показателен, что волокна
были внешне защищены.
Материалы на базальтовой
основе должны иметь себестоимость существенно более низкую, чем аналогичные на
стеклянной и немного большую, чем минеральных. Достигается это в первую очередь
возможно за счет организационно-технических мероприятий - создания достаточно
крупного и энергетически эффективного производства.
Пример
В КНР создано крупное производство непрерывного базальтового
волокна (НБВ) с максимальным использованием энергосберегающих технологий. Себестоимость
НБВ оказалась на 35% ниже себестоимости стеклянного, производимого тем же предприятием.
Вывод
Очередной раз не удалось обмануть природу. Натуральные базальтовые
материалы лучше по всем показателям.
