Сравнительная оценка эксплуатационных свойств волокнистых теплозвукоизоляционных материалов

доктор физ.-мат.наук М.Г. Потапов
канд.техн. наук О.С. Татаринцева
канд.эконом.наук Г.В. Корнев

Нет нужды доказывать необходимость применения теплозвукоизоляционных материалов (ТИМ) для уменьшения потерь тепла и снижения уровня громкости шума на промышленных объектах и в жилых зданиях. Условно ТИМ можно разделить на 3 типа: волокнистые с коэффициентом теплопроводности l=0.035… 0,18 Вт/(мК), засыпные – l=0,1…0,25 Вт/(мК) и вспененные – l=0,2… 1,5 Вт/(мК) Эффективность ТИМ определяется отношением толщины слоя изоляции к коэффициенту теплопроводности, т.е. тепловым сопротивлением. Отсюда следует, что наиболее предпочтительным является использование волокнистой теплоизоляции: чем меньше , тем более тонкий слой теплоизоляции необходим для обеспечения одинаковой эффективности ТИМ.

Широко используемые волокниты (асбест, минеральная вата, стекловата) в последнее десятилетие уступили первенство базальтовой вате, названной многими авторами материалом ХХI века.

Действующий в РФ ГОСТ 4640-93 выделяет единый термин «вата минеральная» для продукции, изготовленной из различного сырья: шлаков, горных пород, из смесей – с добавлением известняка, доломита, кирпичного боя и др. Однако, такое объединение нельзя признать удачным, поскольку эти материалы сильно отличаются по своим техническим и эксплуатационным свойствам. Поэтому, для того, чтобы различать виды минеральной ваты удобно употреблять названия, указывающие на состав сырья, из которого они изготовлены (см. табл. 1).

Так, все представленные на рынке российскими производителями разновидности волокнистых ТИМ (маты, плиты, ватин, картон и др. композиты), полученные путем раздува высокотемпературного расплава горных вулканических пород (без "подшихтовки" и без применения органических связующих), могут быть объединены зарегистрированным ООО "ООО "Корда" в Роспатенте общим товарным знаком "БАЗАЛЬТИН®", характеризующим природу исходного сырья, экологическую чистоту продукта, а также, страну его происхождения – Россию ( св-во № 230686 от 06.12.2002 г.)

Природный материал асбест по своим теплофизическим свойствам намного уступает искусственным волокнитам, Не может он конкурировать с ними также по объемной массе и по температуре применения. Разложение асбестовых волокон начинается уже с 60 градусов С и продолжается до 800 градусов С. При нагревании свыше 500 градусов С из асбеста уходит связанная вода, и он рассыпается в порошок. Кроме того, асбест – канцерогенный материал, т.е. приводит к развитию хронических заболеваний.

Преимуществом базальтового волокна является не только низкий коэффициент теплопроводности. но и высокая температуростойкость. В отличие от асбеста, базальтовые волокна распадаются при высокой температуре в узком интервале (750…900 градусов С) и не считаются концерогенными.

По коэффициенту теплопроводности с базальтоволокнитами (с БАЗАЛЬТИНом) сравнима лишь стекловата, которая, однако, значительно уступает им по температуростойкости. Температура долговременного использования стекловаты не превышает 400 градусов С, при которой ее волокна теряют прочность и легко разрушаются, в то время как базальтовая вата не изменяет своих свойств при температурах до 700 градусов С. Температура спекания базальтовых волокон 1050 градусов С, а стеклянных 600 градусов С. Стекловата проигрывает базальтовой вате и по акустическим характеристикам. Коэффициенты звукопоглощения у них достигают 0,93 и 0,99 соответственно.

С увеличением модуля кислотности (Мк >1,2) долговечность минеральной ваты повышается. Проведенные исследования долговечности БАЗАЛЬТИНа – базальтовой ваты и плит, изготовленных из сырья с
Мк = 3,6, по методике, предусматривающей многократное увлажнение
от 40 до 98% и высушивание образцов с изменением температуры
от – 25 до + 25 градусов С, имитирующей зону умеренного холодного климата, позволяют прогнозировать продолжительность эксплуатации БАЗАЛЬТИНа не менее 50 лет.

При этом, в качестве главных эксплуатационных показателей приняты теплопроводность, влажность, прочность на сжатие при 10%-й линейной деформации, плотность и водопоглощение по массе за 24 ч. Кроме этого, изучалась микроструктура теплоизоляционных материалов в исходном состоянии и после длительного циклического термостатирования, температурный нтервал возможного разложения связующего.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что после длительного воздействия температуры и влажности на теплоизоляционные материалы характеристики их остаются на прежнем уровне. Незначительные расхождения в значениях параметров для исходных образцов и образцов, прошедших циклическое термостатирование, находятся в пределах допустимых погрешностей при испытаниях.

При исследовании структуры базальтовой ваты после циклического термостатирования, имитирующего 50-летний срок эксплуатации, нарушения целостности волокна не обнаружено. При микроструктурном анализе базальтоволокнистых плит нарушения адгезии связующего к волокну не отмечено.

Долговечность и широкий температурный интервал эксплуатации обеспечиваются высокой термостабильностью базальтовой ваты, что выгодно отличает ее от других волокнитов. Известно, что при содержании оксида кремния менее 50% волокна ваты будут химически неустойчивы и склонны к распаду, а свыше 50% наблюдается выделение кристаллического кварца, что резко ухудшает качество волокна, делая его неоднородным по фазовому составу. Как правило, шлаковата имеет пониженное содержание оксида кремния, стекловата – повышенное, а базальтовая вата – промежуточное, т.е. около 50%, что обуславливает ее однородность и стабильность.

Шлаковата имеет низкую эксплуатационную стойкость в условиях повышенной влажности и изменений температуры из-за своего химического состава, нарушенных пропорций в содержании основных оксидов, определяющих низкие значения ее модуля кислотности и водостойкости (Мк = 0,9, рН = 6,7). ГОСТ 4640-93 не предусматривает контроль содержания тяжелых металлов и опасных химических соединений, которые используются при плавке металлов и могут находиться в шлаках. Таким образом, применение шлаковаты в жилищном строительстве нежелательно.

Базальтовая вата используется в гидропонике, не нанося ущерба природе, так как не выделяет вредных веществ. Она не подвержена гниению и биодеградации, имеет высокую климатическую стойкость. Так, в г. Бийске Алтайского края в обычном жилом доме стена, изолированная для эксперимента базальтовой ватой с толщиной слоя всего лишь около 30 мм, в отличие от остальных стен не промерзает уже в течение 10 лет.

На Среднем Урале проведено обследование состояния слоев минеральной ваты в панелях жилых зданий после эксплуатации в течение 50 лет. Вата великолепно сохранилась, нет оседания и расслоения слоев, стены в домах не промерзают. Физико-технические свойства и коэффициент теплопроводности соответствуют требованиям действующих ГОСТов (Мк от 2,2 – 2,47 и ? = 0,04 Вт/(м °С).

Вместе с тем, согласно данным ВУХИН (Восточный углехимический НИИ), сжимаемость и упругость у матов из минеральной ваты с диаметром волокна (6-12) мкм и матов из базальтового супертонкого волокна (БСТВ) с диаметром (2-3) мкм сильно отличаются друг от друга, и соответственно равны: 40% и 75%; 15% и 95%.
Базальтовая вата из супертонкого волокна БСТВ обладает высокой вибростойкостью, в процессе эксплуатации не выделяет вредных химических веществ, значительно ослабляет шум, радиактивное излучение.

Испытания БСТВ с диаметром волокна 2…3 мкм, проведенные на ЛЭМЗ
(г. Москва), показали, что при непрерывной вибрации с частотой 20…300 Гц и амплитудой 5 g в течение 30 ч вата не оседает и сохраняет свои
свойства. Подтвердили высокую вибростойкость супертонких волокон и сравнительные испытания, проведенные на ТЭЦ-5 (г. Новосибирск). Одна часть турбины была изолирована матом из базальтовой ваты с диаметром волокна 6 мкм, а другая – ватой БСТВ, с диаметром волокна до 3 мкм. Через полгода эксплуатации турбины базальтовая вата из тонкого волокна осела, осыпалась, оголив агрегат, тогда как вата БСТВ не претерпела изменений, т.е. с уменьшением диаметра волокна ее термо- и вибростойкость возрастает.

Применение базальтовой ваты обеспечивает тепло- и огнезащиту, улучшает звукоизоляцию. Базальтоволокниты практически не изменяют своих теплофизических свойств в течение всего срока межкапитального ремонта. Они долговечны, стойки к влиянию окружающей среды и могут успешно использоваться в условиях при которых другие материалы уже не работают.

Широкий спектр изделий из базальтового волокна, объединенных торговой маркой "БАЗАЛЬТИН®", а также другие теплоизоляционные и звукоизоляционные материалы строительного и промышленного назначения производит и представляет на рынке Московского региона ООО "ООО "КОРДА".

Сопутствующая продукция