Теплоизоляция. Часть III

Андрейчук Т. Теплоизоляция. Часть III // Ватерпас. 2001 . №1-2. C. 118-121

Пробковые теплоизоляционные материалы

Пробковые теплоизоляционные плиты изготавливают на основе коры пробкового дуба. Технология снятия с деревьев этого ценного материала ? пробки ? уникальна и через 25 лет после посадки желудя в землю, а второй и последующий ?урожаи? получают один раз в девять лет. Снятие коры ? наиболее деликатная из всех проводимых над пробкой операций, которая существенно и, главное, положительно влияет на жизнеспособность дерева и дает новый импульс роста. Таким образом, пробковый дуб является возобновляемым источником сырья для пробковой индустрии.

Пробковый дуб произрастает в 7 странах Средиземноморья: Португалия (более 50% всех мировых запасов), Испания, Италия, Франция, Марокко, Алжир и Тунис. Так, производство изделий из пробки дает Португалии около 30% национального дохода и примерно 35% всего объема экспорта.

Процесс выращивания пробковых дубов, рекультивация их плантаций, создание и совершенствование высоких технологий производства финансируются должным образом (в том числе и властями, несмотря на то, что все пробковые дубы находятся в частной собственности). В бюджете Португалии, а также Евросоюза предусмотрены для этих целей специальные статьи расходов.

Общий объем ежегодно снимаемой пробки очень невелик ?всего 160-170 тыс. тонн сырья (в зависимости от урожая). Поэтому изделия из пробки очень высоко ценятся во всем мире, ведь аналогов этому материалу практически не существует. Недостаток сырьевых ресурсов ограничивает применение пробки в теплоизоляции. Основным поставщиком теплоизоляционных пробковых панелей является португальская компания Amorim Group.

Справка: Amorim Group является крупнейшей корпоративной группой в мире в отрасли переработки, производства и экспорта изделий из натуральной пробки. В 1870 г. Антонио Алвес Аморим основал первое предприятие по обработке пробки, имея в своем распоряжении двух рабочих. Сейчас, век спустя, корпорация насчитывает более 40 пробковых компаний.

Строение коры пробкового дуба в корне отличается от строения коры большинства других деревьев (каждый 1 см3 пробковой коры содержит около 40 млн ячеек). Кора пробкового дуба состоит из клеток одеревенелой целлюлозы, заполненных воздухом, и суберина, являющегося пробковой основой. Суберин представляет собой органическое вещество, не растворимое в нейтральных жидкостях и кислотах, состоящих из смеси сложных эфиров, глицерина, твердых и жидких жирных кислот. Если записать суберин в элементарных составляющих, то это будет углерод ? 74%, водород ?10% и азот ?16%.

Если представить себе ячейку коры пробкового дуба в виде капсулы, то каждая ее стенка состоит из пяти слоев: два слоя клетчатки, далее воздух, находящийся в ячейке, два плотных и масляничных слоя, непроницаемых для воды и последний ? одеревенелый слой, который придает ячейке жесткость и конечную структуру.

Химический состав пробки: суберина ? 58%, целлюлозы ? 22%, лигнина ?12%, воды ? 5%, церина ? 2%, дубильных веществ ? 1%. Из всех органических материалов пробка обладает преимуществом по своей стойкости против гниения и плесени. Пористое строение и наличие смолистых веществ делают пробку одним из наилучших теплоизоляционных материалов. Средняя плотность массива пробки 240-250 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,04-0,05 Вт/мК, водопоглощение после 20-дневного пребывания под водой не более 13%. Пробка эластична и упруга. Может выдерживать давление на сжатие до 1000 кг/см2 и принимает прежний объем после его снятия. При длительном хранении на холоде пробка твердеет, однако достаточно быстро и легко восстанавливается при воздействии на нее горячей водой или водяным паром. Пробка химически инертна.

Историческая справка. В 1891 г. американец Джон Смит открыл технологию производства пробкового агломерата, который сохраняет все качества исходного материала.

Благодаря данному открытию у пробковых материалов расширилась область применения. Гигиенические и механические свойства пробки используются в обувной промышленности, изолирующие ? в электротехнике, теплоизолирующие и акустические ? в строительстве, судостроении и космонавтике, демпфирующие ? в автомобиле- и авиастроении.

Amorim Group производит следующие виды теплоизоляционных материалов: 1. белые агломераты (импрегнированные плиты); 2. материал Rubercork (резино-пробковые копозиты); 3. черные агломераты (Ехросоr).

Для теплоизоляции из коры пробкового дуба изготавливаются так называемые импрегнированные плиты и плиты экспанзит (агломерат).

Импрегнированные плиты (белый агломерат) получают путем формовки и прессования пробковой крупы, в которую добавляют связующие вещества (органические клеи, желатин, каменноугольный пек и смолы). Изготавливаются они в виде плит прямоугольной формы размером 1000x500 мм и толщиной от 10 до 120 мм. Плотность плит не более 260 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,05 Вт/мК, предел прочности на изгиб 0,25 мПа, предел прочности на сжатие 10 мПа, водопоглощение за сутки не более 120%, гигроскопичность за сутки ? не более 12%.

Rubercork является композиционным материалом, полученным в результате соединения резины и пробки.

В нем соединены лучшие свойства каждого из компонентов. Например, пробки, природным свойством которой является высокая эластичность и способность восстанавливать первоначальный объем после сжатия почти на 100%. Если многие материалы для плотного прилегания к поверхности требуют значительных усилий на растяжение, то у резино-пробковых прокладок значение этого усилия в 2 раза меньше. В отличие от резиновых, резино-пробковые изделия: устойчивы к температурным воздействиям (в широком диапазоне температур и в любых климатических условиях), химически устойчивы ко всем минеральным и синтетическим маслам, что делает их идеальным материалом для герметизации разъемов, имеющих контакт, например, с моторным маслом.

Его успешно используют ведущие производители прокладок для автомобильной промышленности: T&N, Dana, Felpo, Kunger, Sabo, Talbros, Ishikawa, а также основные автомобилестроительные фирмы мира: Ford, GM, Chrysler, Mercedes, Volvo, Opel, Rat. Широкое применение резино-пробковые смеси находят в электротехнической и газовой промышленности, из них изготавливают вибро- и шумозащитные прокладки, используемые на железных дорогах, в метрополитене, в тяжелом технологическом оборудовании, гражданском строительстве в сейсмически активных зонах, для строительства помещений с особыми акустическими свойствами, для электротрансформаторов и газовых счетчиков.

Ехросоr ? плиты экспанзит или так называемые черные агломераты. Производятся на одном из заводов Amorim Group ? Amorim Isolamentos.

Плиты экспанзит (черный агломерат) изготавливаются из зерен коры пробкового дуба без связующих добавок путем термической обработки при температуре 250-300?С. Под воздействием температуры происходит возгонка смолистых веществ, содержащихся в пробке, благодаря чему пробковая крупа спекается в монолитную массу. Вследствие расширения при нагревании содержащихся в порах пробки воздуха и водяных паров происходит увеличение объема пробки до 30% (то есть происходит процесс вспучивания). Полученные таким образом блоки распиливаются на плиты. Пробковые плиты экспанзита изготавливаются обычно размером 1000x500 мм, и имеют толщину от 10 до 320 мм. Их средняя плотность 110-130 кг/м3 (очень легкий теплоизоляционный материал), коэффициент теплопроводности 0,031-0,04 Вт/мК, предел прочности на сжатие 0,2 мПа, предел прочности на изгиб 0,14 мПа. Температура применения от -200?С до +120?С. Пробковые панели просты в монтаже, легко режутся. Являются трудновоспламеняющимся материалом, и после пропитки огнестойкими составами относятся к классу В1 (трудногорючие). Рекомендованы для применения в наружном утеплении зданий. Это подтверждено заключением Украинского НИИ пожарной безопасности МВС Украины (соответствует СНиП 2.01.02-85*) Обладают высокими звукопоглощающими, звукоизолирующими и акустическими свойствами (коэффициент звукопоглощения в зависимости от толщины и плотности при частоте 100 Гц в пределах 0,6-0,9). Являясь натуральным природным материалом, пробка служит защитным экраном от воздействия вредных излучений ? радиоактивных, электромагнитных, а также нейтрализует воздействие аномальных полей и ослабляет действие геопатогенных зон. Обладает стабильностью размеров и не подвергается ?слеживаемости?, то есть физические свойства практически не меняются с течением времени; не впитывает жидкости и газы, обладает гидрофобными свойствами, коэффициент паропроницаемости ? 0,017-0,003 г/мм.

Историческая справка. Плиты экспанзит впервые были произведены в Америке в 1892 году, примерно в это же время они появились в России, а в СССР стали производиться с 1928 года. В настоящее время есть множество свидетельств тому, что при постройке зданий конца XIX ? начала XX в. в г. Киеве, Виннице, Одессе, Харькове при утеплении стен использовался пробковый утеплитель, который до наших дней полностью сохранил свои качества.

Аналогом натуральной пробки является кора бархатного дерева, растущего в Дальневосточном крае, в Амурской области и на Сахалине. Бархатное дерево достигает до 21 м высоты и 55 см в диаметре. Толщина снимаемой коры 8-15 мм.

Область применения пробковых плит: изоляция крыш, чердаков, стен, полов (акустическая, теплоизоляционная, антивибрационная).

Вспученные теплоизоляционные материалы (минеральные)

Перлит. Перлит ? это минерал вулканического происхождения (так называемое вулканическое стекло). Его особенностью является стекловатая структура и способность раскалываться на шарообразные куски, поверхность которых напоминает жемчуг (отсюда и происхождение названия материала ? англ, pearls).

Технологический процесс изготовления вспученного перлита состоит из следующих этапов: 1) сушки, дробления и просеивания; 2) обжига и вспучивания при t= 900-1200?C; 3) охлаждения; 4) сортировки на фракции. Обжиг ведется в основном в шахтных печах.

При нагревании измельченный перлит вспучивается, увеличиваясь в объеме в пять раз. При этом он распадается на мелкие зерна преимущественно белого цвета с воздушными замкнутыми порами.

Размер зерна вспученного перлита ? от 0,3 до 2,0 мм. Объемный вес 120-250 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,035-0,05 Вт/мК при t = 20?C, предельная температура применения 1000?С.

Вспученный перлит в теплоизоляционных целях применяют в сыпучем виде и в форме различных изделий из него. Сыпучие материалы бывают в виде перлитового песка и перлитового щебня. Перлитовый песок главным образом служит как полуфабрикат для изготовления из него изделий: кирпичи, камни, плиты, скорлупы и сегменты; и служит заполнителем в теплоизоляционных растворах и бетонах (гипсоперлитовые и цементоперлитовые штукатурные растворы). Коэффициент теплопроводности гипсоперлитового штукатурного слоя равен 0,15 Вт/мК, а коэффициент звукопоглощения ? 0,5 при 600-800 Гц. Перлитовый песок также используют для выполнения засыпных теплоизоляционных конструкций в очень широких температурных пределах: от + 850-900?С до ? 180-200?С. Объектами такого применения могут быть промышленные печи, высокотемпературные энергетические и технологические агрегаты, резервуары для хранения и перевозки сжиженных газов, установки глубокого холода. Перлитовый щебень применяют в качестве пористого заполнителя в легких бетонах. Легкие и теплоизоляционные бетоны с вспученным перлитом в качестве заполнителя являются высокоэффективными материалами для стен и перекрытий.

Особой разновидностью перлитовых материалов является жароупорный теплоизоляционный перлитобетон. Его объемный вес ? 500-800 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,09-0,22 Вт/мК, предел прочности при сжатии 25-50 кг/см2. Температура применения жароупорного перлитобетона достигает 500?С. При более высоких температурах происходит уменьшение прочности.

Основные перлитовые месторождения находятся в Закавказье, Средней Азии и Приморье, в Украине ? в Закарпатье.

Вермикулит. Гидратированный (количество воды 11-20%) алюмосиликат магния и калия биотитовой слюды. Является продуктом выветривания слюды, в которой произошло постепенное замещение щелочей водой. Состоит он из кристаллов, имеющих вид пластинок, которые обладают способностью расщепляться по плоскостям спайности. При температуре 900-1100?С происходит наибольшее вспучивание вермикулита (оно вызывается давлением пара, образующегося из воды, испаряемой вермикулитом), при этом объем вермикулита увеличивается в 20-25 раз. Вспучивание происходит в направлении, перпендикулярном к плоскостям спайности, и пар раздвигает пластинки слюды.

Вспученный вермикулит называют зонолитом из-за его внешнего вида (пористый материал в виде чешуйчатых частиц серебристого и золотистого цветов),

Историческая справка. Термин ?вермикулит? как название минерала впервые встречается в словаре, изданном в Оксфорде (Англия) в 1672 г. Более поздние сведения о вермикулите относятся уже к 1824 г. Однако использование вермикулита в промышленных целях началось лишь в XX веке.

Плотность вспученного вермикулита при крупности зерен 5-15 мм составляет 80-150 кг/м3, при более мелких зернах ?100 кг/м3. К&