В настоящее время около 60% всей применяемой тепло- и звукоизоляции представлено волокнистыми материалами - стеклянной, минеральной и базальтовой ватой.

Сырье и производство

Все рассматриваемые волокна - неорганические, но делаются по-разному.

Для стеклянных волокон смешивают песок, соду, известняки, некоторые химические добавки и получают шихту. Расплавленная шихта в процессе производства становится стеклом. На следующем этапе расплав стекла раздувают паром, воздухом, на центрифуге или другими методами и получают волокно. Производимые из стекловолокна изделия: стеклохолст, стекломаты, стеклоткани.

Для минеральных волокон - плавят доменные шлаки с добавками (шлаковата) или некоторые минеральные ископаемые (глины, доломиты и т. п.) в смеси с улучшающими добавками (или без них) - горными породами (базальты, габбро, диабазы и пр.). Далее идет процесс раздува, аналогичный стеклянному производству. Производимые из минваты изделия: минераловатные маты и плиты.

Базальтовые волокна получают из расплава собственно базальта, а также некоторых близких к нему пород без каких-либо дополнений в виде синтетических или минеральных веществ. Производимые из базальтового волокна изделия: базальтохолст, базальтовые маты, ткани, плиты, картон.

Воздух - лучший изолятор. Он имеет самый низкий коэффициент теплопроводности, теоретически недостижимый в любых материалах кроме более легких газов, вакуума в термосах и активной теплоизоляции. Поэтому, чем ближе изделие по плотности к воздуху, тем меньший у него коэффициент теплопроводности. С учетом сказанного, базальтовая вата имеет преимущества перед стеклянной и минеральной, так как у нее тоньше волокна и меньше плотность (строки 1 и 2 табл. 1).

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 5).

Остаточная прочность при растяжении показывает, что до 200оС 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.

Сравнительные характеристики волокон

Таблица 1.

№	Параметр (характеристика)	Стекловолокно	Минеральное	Базальтовое (БСТВ)
		Механические характеристики
1	Кажущаяся плотность, кг/м3	12-25	25-40	15-23
2	Диаметр элементарного волокна, мкм	4-12	4-10	1-3
3	Длина волокон, мм	15-50	16	40-70
4	Модуль упругости, кгс/мм2	до 7200	5400…8000	9100…11000
5	Коэффициент уплотнения при эксплуатации	1,6	1,8	1,2

№	Параметр (характеристика)	Стекловолокно	Минеральное	Базальтовое (БСТВ)
6	Остаточная прочность при растяжении (после термообработки), %, при температуре 20? С	100	100	100
	200? С	92	95	98
	400? С	52	60	85
	600? С	спекание	20	76
Температурные характеристики
7	Диапазон температур применения, ?С	-60…+250	-180…+450	-250…+700
8	Коэффициент теплопроводности, Вт/м?С	0,038..0,042	0,04…0,047	0,031..0,034
9	Температура спекания, ?С	600	850	1100
Виброустойчивость (потеря веса при вибровоздействии), %, (v=50 Гц, А=1мм, t=3 часа)
10	при температуре 200оС	12	40
	450оС	41	75	0,01
	900оС	100	100	0,35
Акустическая характеристика
11	Коэффициент звукопоглощения	0,8…0,92	0,75…0,95	0,95…0,99
Химическая устойчивость (потеря веса ), %
12	в воде	6,2	4,5	1,6
	в щелочной среде	6	6,1	2,75
	в кислотной среде	38,9	24	2,2
13	Водопоглощение за 24 часа, %	1,7	0,95	0,02

В таблице температурных характеристик для стеклянного и минерального волокон приведены «лучшие» показатели. Они могут существенно отличаться 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 (строка 6).

Очень важный показатель, влияющий на долговечность изоляции - виброустойчивость. Вибрационным и акустическим нагрузкам подвергаются все конструкции - и строительные, и технологическое оборудование и, в особенности, транспортные средства.

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. Например, во всех самолетах используется только изоляция из базальтового супертонкого и ультратонкого волокна - не «сыпется», не пылит, переносит частые теплосмены.

В теплоизолирующих 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. Как видно из строки 12 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, разрушение стеклянных и минеральных волокон протекает значительно быстрее, чем базальтового.

Экологическая чистота производства и применения

Само производство волокон при использовании разных видов сырья практически не будет отличаться друг от друга по степени воздействия на окружающую среду. Если же учитывать производство сырья, то для базальтового волокна и минерального - это только добыча нерудных полезных ископаемых, производимая с низкими энергетическими затратами. Для стекловолокна - это комплекс сложных и энергоемких механических и химических процессов с использованием ряда реактивов, производимых другими предприятиями химической отрасли промышленности.

Кроме того, необходимо отметить следующее. Базальтовые волокна длинные и тонкие. В мате они спутываются и держатся без связующего. Для транспортировки и придания базальтовому материалу «товарного вида» маты иногда простегивают нитью или обшивают тканью. В изделиях из стекловаты и минерального волокна всегда используют связующие - для придания им формы, защиты от влаги, повышения механических характеристик, повышения биостойкости и т. п. (то есть для исправления свойств самих волокон). В качестве связующего в подавляющем большинстве случаев используются фенольные смолы (от 1,5 до 10% по массе изделия). Все производители минеральных и стеклянных теплозвукоизоляционных изделий на фенольной связке должны иметь соответствующие гигиенические сертификаты и разрешения. Вместе с тем открытым остается вопрос об экологичности их производства (фенол признан канцерогеном), накоплении продуктов распада в помещениях (проблема «фенольных домов»), эксплуатации в особых условиях. Помещения, утепленные материалами с фенольным связующим, должны быть холодными и чаще проветриваться.

Экологическая нагрузка всего комплекса технологических процессов по получению и эксплуатации базальтовых волокон несоизмеримо ниже, чем при производстве и использовании аналогичных стеклянных или минеральных материалов.

В 2002 году в Европе принята программа «зеленого строительства», одним из элементов которого является использование материалов на основе природных базальтов в целях тепловой и акустической изоляции.

Назад к разделам