Тепловая изоляция известна человечеству довольно давно. Первоначально это были органические материалы, в наших широтах — такие как мох, костра, да и та же солома, но по мере развития научно-технического прогресса появились неорганические материалы, такие как вермикулит, аглопорит, минеральная вата, а затем и полимерные, например, всем хорошо известные пенопласты. В технической изоляции главную скрипку продолжают играть материалы, созданные на основе вспененных полиэтиленов или, например, вулканизированных каучуков. Сегодня примерно пятую часть всех выпускаемых утеплителей в мире занимают как раз материалы из вспененных полимеров. Это огромная цифра. Но на долю России приходится не более 5 % мирового потребления всех видов вспененных теплоизоляционных материалов. И это просто удивительно, ведь Россия по-прежнему остаётся страной с одной из наиболее энергоёмких экономик в мире.
По оценкам IFC (подразделения Всемирного банка, занимающегося вопросами, связанными с изменением климата, и проблемами энергоэффективной инфраструктуры), Россия могла бы экономить 45 % затрат за счёт совершенствования энергоэффективности экономики.
В июне 2008 года Дмитрий Медведев подписал Указ «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики», предусматривающий снижение к 2020 году энергоёмкости ВВП России не менее чем на 40 % по сравнению с 2007 годом, однако системные меры по его реализации пока не дают должных результатов. Безусловно, стоимость энергии в России значительно ниже, чем в европейских странах, где всё большую роль в энергобалансе играет «зелёная» энергия, получаемая из возобновляемых источников, несмотря на то, что стоимость такой энергии в разы выше, чем той же энергии, получаемой на ГЭС или АЭС.
К сожалению, довольно плачевным остаётся в нашей стране положение дел в сфере ЖКХ. «Коммунальная инфраструктура — это “чёрная дыра" где бесследно исчезают огромные энергетические ресурсы... Потери в системе теплоснабжения достигают 60 процентов», — отметил Дмитрий Медведев.
Говоря о вопросе сокращения теплопотерь, у нас основное внимание уделяют в первую очередь теплоизоляции ограждающих конструкций. При этом совершенно упускается из виду, что более половины из 60 % тепла уходит не через кровлю и стены, а через вентиляцию, системы теплоснабжения и водоснабжения. Таким образом, решив проблему энергосбережения в инженерных сетях, можно добиться двойной экономии средств при меньших вложениях. Вместе с тем вспененные полимерные материалы просто идеально подойдут для решения локальных проблем ЖКХ и глобальных вопросов изоляции, стоящих перед нашей промышленностью.
Первые полимеры были получены естественным путём в Китае ещё в третьем тысячелетии до нашей эры. Это была нить всем хорошо известного теперь тутового шелкопряда. Тайну изготовления шёлка держали в секрете, а тому, кто её разгласит, полагалась смертная казнь. Древняя система торговых путей, соединявшая Китай со странами Азии и Европы, неслучайно позднее была названа «Великим шёлковым путём».
В поисках искусственного шёлка принимали участие известные учёные Гук, Бюфон, Реомюр. Но промышленное получение искусственного шёлка связано с именем француза Луи Мари Гиляра Берниго, графа Шардонне. По технологии Шардонне нитроцеллюлозу растворяли в смеси спирта и эфира, а затем тянули из раствора волокно устройством, похожим на прядильный орган шелкопряда. Раствор подогревали, пропускали через тонкие трубки и быстро охлаждали струи холодной водой. Из получившегося волокна ткали непрочную, но красивую ткань, блеском напоминавшую шёлк. После получения вискозы в 1901 году британцами Чарльз Кроссом и Эдвард Бивеном был осуществлён промышленный запуск изготовления этого прекрасного материала в США (в этом действе, кстати, принимала участие всемирно известная компания DuPont, подарившая нашим женщинам нейлон). И дальше химия начала шагать действительно семимильными шагами. В 1910 году российские учёные Ипатьев и Лебедев синтезируют первый искусственный полибутадиеновый каучук.
Этот материал и поныне широко используется многими компаниями, производящими вспененные каучуки.
Быстрое развитие химии и технологии высокомолекулярных соединений послужило фундаментом для создания наиболее эффективных видов материалов, сочетающих в себе высокие теплозащитные свойства с хорошими прочностными и эксплуатационными характеристиками.
Подобных показателей практически нельзя достичь у теплоизоляционных материалов на основе традиционных неорганических вяжущих веществ. Поэтому дальнейшее совершенствование строительства, связанное с применением энергоэффективных материалов, неразрывно связано с увеличением выпуска и расширением номенклатуры полимерных теплоизоляционных материалов.
Российский рынок изоляционных материалов из вспененных полимеров, используемых главным образом для технической изоляции и звукоизоляции, достаточно обширен — на нём представлены как российские, так и зарубежные материалы с различными техническими характеристиками.
А теперь пару слов о сути работы теплоизоляции. Сначала напомним основные понятия. Теплопроводность — это способность материала передавать тепло от одной своей части к другой в процессе теплового взаимодействия частиц. Передача тепла осуществляется тремя основными способами: теплопроводностью (состоит в нашем случае из теплопроводности неподвижного воздуха в ячейках и теплопроводности матрицы из полиэтилена), конвекцией (движением воздуха или другого газа в ячейках материала) и тепловым излучением, преимущественно в инфракрасном диапазоне. Для трубопроводов и оборудования тепловой поток идёт от горячего внутреннего содержимого труб к холодной окружающей среде. Для холодных трубопроводов наоборот — от окружающего воздуха к низкотемпературному продукту. На величину конвекции влияют размеры ячеек и вязкость газа, находящегося в них. Также существенное влияние оказывает количество открытых (незамкнутых) ячеек. На теплопроводность оказывает влияние плотность материала (рис. 1) и собственно теплопроводность содержимого ячеек, на излучение — цвет, температура изоляции и наличие отражающих добавок. Зная это, инженеры компании «Термафлекс» стремились создать изделия с лучшими характеристиками в своём классе.
Какие же характеристики являются важнейшими для теплоизоляции? Конечно же, в первую очередь это теплоизоляционные свойства, которые определяются коэффициентом теплопроводности, измеренным при температуре, заданной стандартом методики измерения. Необходимость следования стандартам определяется требованием сравнения сравнимых величин. Далее, важнейшими являются характеристики, напрямую влияющие на эксплуатационные показатели.
Например, это температуростойкость и теплостойкость, устойчивость к различным деформациям, гидрофобность (то есть способность отталкивать воду), химическая и биологическая стойкость. И, конечно же, долговечность.
В частности, компания «Термафлекс» производит свою изоляцию из классического термопласта — это полиэтилен с линейной топологической структурой макромолекулы. Вспенивание производится физическим методом — прямым впрыском газа в расплав полимера при высоком давлении. Это довольно сложная технология, требующая специального оборудования — экструдеров, а также соблюдения строгих предупредительных мер безопасности. Но именно эта технология, в отличие, например, от химического вспенивания, позволяет существенно снизить стоимость конечных изделий, сохранив при этом большое количество очень мелких пор и закрытость структуры ячеек, добившись при этом уникальных физических свойств.
Выбор сырья — это всегда чрезвычайно сложная задача, требующая огромных знаний и долгих экспериментов. Кроме этого, необходима тончайшая настройка оборудования. От этих факторов зависит качество готовой продукции. Существуют различные виды исходного сырья — полиэтилена. Это полиэтилен высокого давления (ПВД), среднего давления (ПСД), низкого давления (ПНД), разветвлённый полиэтилен высокого давления (ПВДР), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПНП), сшитый полиэтилен (причём существуют ещё и различные виды сшивки). Все российские вспененные ПЭ-материалы производят из ПВД, но «Термафлекс» использует разветвлённый полиэтилен высокого давления, хотя он значительно дороже. Именно этот полиэтилен имеет большое количество связей между молекулами полимера, что значительно улучшает физико-механические свойства и повышает теплостойкость изделий компании по сравнению с обычными изделиями из полиэтилена высокого давления. Можно точно сказать, что помимо основного сырья и оборудования огромное, если не сказать — решающее значение в получении материала с заданными свойствами имеет вид и количество добавок в исходное сырьё.
Например, один из важнейших показателей долговечности вспененных теплоизоляционных материалов — это стойкость к ультрафиолетовому излучению (УФ-стойкость). Обычное изделие под воздействием ультрафиолета со временем подвергается деструкции с образованием поперечных межцепных связей, что приводит к повышению хрупкости. Кроме ультрафиолетовая деструкции, существует ещё термоокислительная деструкция (термостарение). Обычные материалы, некоторое время простоявшие на солнце и пережившие несколько зим, просто облазят неопрятными клочьями с заизолированных поверхностей. Материалы «Термафлекс» избавлены от этого «недуга». Для того чтобы достичь высокой УФ-стабильности и стойкости к термостарению, в компании применяют добавки на основе модифицированного сополимера этилена с винилацетатом и органические антиоксиданты на основе биоразлагаемых аминокислот.
Если говорить о теплопроводности, то во вспененных полимерных материалах на этот показатель оказывают влияние:
1. Количество закрытых пор, так как на каждые 10 % открытых ячеек теплопроводность увеличивается на 2-3 мВт/(м-К), материалы «Термафлекс» обладают закрытой на 96-99 % системой ячеек.
2. Размер ячеек. При этом в диапазоне 5-9 мкм диаметр ячеек не оказывает значимого влияния, а далее влияние сказывается через увеличение плотности изделия. Для получения минимальных размеров ячеек материалов компания «Термафлекс» использует специальные добавки в виде талькосодержащего компаунда из Израиля, парафиносодержащую добавку производства Германии и модификатор вспенивания российского производства.
3. Плотность изделия. При этом для всех типов вспененных полимеров существует зона оптимума в зависимости от диаметра ячеек. Для материалов «Термафлекс» с их маленькими гомогенными ячейками этот оптимум 23-32 кг/м3.
4. Скорость диффузии газов через стенки ячеек. Этот параметр показывает размер пор стенок ячеек и возможность в течение определённого времени замещения газов, используемых при вспенивании воздухом. При этом у материалов «Термафлекс» диффузия газа бутана, используемого при вспенивании настолько мала, что уже через шесть дней после выдержки материала не фиксируется изменение теплопроводности, что говорит о завершении процессов диффузии газа. Именно поэтому срок выдерживания рассматриваемых материалов перед отправкой заказчикам компании составляет семь дней, и это самый большой срок отстаивания для вспененной изоляции.
Для того чтобы сократить потери за счёт излучения, в «Термафлексе» используют специальные алюмосодержащие добавки, которые также помогают при процессе порообразования. В компании применяют и другие важные добавки — современные виды антипиренов, значительно улучшающие пожарные свойства материалов «Термафлекс».
Один из важнейших элементов получения гомогенной пены с закрытыми ячейками — это экструдеры со специальной системой импульсно-пропорционального регулирования (R-регулирование) мощности с возможностью коррекции температуры в зависимости от вязкости расплава и температуры окружающего воздуха. Конструкции шнеков, автоматической дозирующей гравиметрической колонны, экструзионных фильер и дорнов являются уникальным «ноу-хау» компании.
Кроме этого, при производстве используются специальные наполнители B, C, D (по видам продукции) для снижения энергоёмкости производства экструдата. Собственно, сочетание высоких технологий и знаний органической химии, использование самых совершенных добавок со всего мира позволило получить уникальный продукт.
Теплоизоляция «Термафлекс» не впитывает влагу, не подвержена разложению, имеет хорошую эластичность, низкий коэффициент теплопроводности и высокую устойчивость к диффузии водяных паров. Материал морозостоек, не теряет эластичность даже при -70 °C. Монтаж «Термафлекса» даже в самых суровых климатических зонах не будет отличаться особой сложностью. Профессионалы подчёркивают, что утеплитель удобно монтировать, причём монтаж можно осуществить очень быстро. Материалы, выпускаемые на заводах «Термафлекс», изготавливаются по технологии, которая сильно отличается от принятой в России.
Очень мало компаний в мире может похвастаться такими уникальными и обширными, экспертными знаниями о вспененных полиэтиленах. Компания «Термафлекс» по праву считается одной из наиболее авторитетнейших в этой области организацией.
