Сайт о строительстве домов и коттеджей

Сравнительные
характеристики стеклянных, минеральных и базальтовых волокон и материалов на их
основе

Введение

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.

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, получая 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 ( или без) с улучшающими добавками
- горными породами (базальты, габбро, диабазы и пр.). Далее идет процесс раздува,
аналогичный стеклянному производству.

Производимые из минваты изделия:
минераловатные маты, 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. 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.

Производимые из базальтового
волокна изделия: базальтохолст, базальтовые маты, ткани, плиты, картон.

Механические характеристики

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.

Температурные характеристики

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.

Пример
из жизни.
На АЭС один раз в 6 месяцев проводится замена теплоизоляции
паропроводов с температурой носителя 150-160 ºС. Стекловата за это время
превращается в стеклянную пыль желтоватого цвета. Минеральные волокна вообще запрещено
использовать. Базальтовое волокно за 3 года не претерпело видимых изменений.

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.

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.

Химическая стойкость

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.

Пример
из жизни.
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.

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.

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 имеют
соответствующие гигиенические сертификаты и разрешения. Вместе с тем открытым
остается вопрос о экологичности (фенол признан канцерогеном) их производства,
долговечности (и продуктах распада), их накоплении в помещениях (проблема "фенольных
домов"), эксплуатации в особых условиях.

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

Экономический
аспект производства волокнистых материалов

Производство
материалов из базальтовых волокон должно быть дешевле, чем производство аналогичных
изделий из стекла в связи с тем, что стоимость сырья отличается 20-40 раз. При
производстве базальтовых волокон используется однокомпонентное природное сырье
- базальтоподобные горные породы, которые только дробятся и промываются. Для того
чтобы получить сырье для стекловолокна необходимо произвести само стекло, что
предс