Введение

Изоляционный материал из стекловолокна – теплоизоляционный материал, состоящий из стекловолокна, слабо соединенных между собой для удержания воздуха.

Стеклянная вата – это изоляционный материал, изготовленный из стекловолокна, сформированного с помощью связующего вещества в структуру, напоминающую шерсть. В процессе производства между волокнами стекла образуется множество мелких воздушных карманов, что обеспечивает высокие теплоизоляционные свойства. Стеклянная вата выпускается в рулонах или плитах с различными тепловыми и механическими характеристиками. Также она может производиться в виде материала, который распыляют или наносят непосредственно на изолируемую поверхность. Современный метод производства стеклянной ваты был изобретен Геймсом Слейтером во время работы в компании Owens Illinois Glass Co. (Толедо, Огайо). Он впервые подал заявку на патент на новый способ изготовления стеклянной ваты в 1933 году.

Принципы функционирования

Газы обладают низкой теплопроводностью по сравнению с жидкостями и твердыми телами и поэтому являются хорошим изоляционным материалом, если их можно удержать внутри материала таким образом, чтобы большая часть тепла, проходящего через него, была вынуждена проходить через газ. Для повышения эффективности газа (например, воздуха) его можно раздробить на мелкие ячейки, в которых тепло не может эффективно передаваться посредством естественной конвекции. Естественная конвекция подразумевает значительный объемный поток газа, обусловленный силой Архимеда и разностью температур, и она неэффективна в небольших газовых ячейках, где разница в плотности слишком мала для ее возникновения, а высокое отношение площади поверхности к объему этих ячеек замедляет объемный поток газа внутри них за счет вязкого трения. Для создания таких мелких газовых ячеек в искусственных теплоизоляционных материалах используют стекло и полимеры, чтобы удержать воздух в пенообразной структуре. Тот же принцип, который применяется в стекловате, используется и в других искусственных теплоизоляторах, таких как минеральная вата, пенополистирол, неопреновый пеноматериал для гидрокостюмов, а также в тканях типа Gore-Tex и полярного флиса. Способность удерживать воздух также лежит в основе принципа теплоизоляции, используемого в природе в пуховых перьях и изолирующих волосах, например, натуральной шерсти.

Производственный процесс

Для получения стекла смешивают природный песок и переработанное стекло и нагревают до 1450 °C. Стекловолокно обычно производят методом, аналогичным производству сахарной ваты. Расплавленное стекло продавливают через быстро вращающуюся металлическую чашу, называемую "шпинделем". Центробежная сила вытягивает стекло через небольшие отверстия в шпинделе. Новые волокна охлаждаются при контакте с воздухом. Когезия и механическая прочность достигаются благодаря наличию связующего вещества, которое "сцепляет" волокна вместе. Капля связующего вещества наносится на каждое пересечение волокон. Затем волокнистый коврик нагревают примерно до 200 °C для полимеризации смолы и подвергают каландрированию для придания прочности и стабильности. Наконец, коврик из волокна разрезают, упаковывают в рулоны или панели, укладывают на поддоны и хранят для использования.

Применение

Стеклянная вата — это теплоизоляционный материал, состоящий из переплетенных и гибких стеклянных волокон, которые захватывают воздух, создавая низкую плотность, которую можно регулировать путем сжатия и изменения содержания связующего (как указано выше, именно эти воздушные ячейки являются настоящим теплоизолятором). Стеклянная вата может использоваться в виде сыпучего материала, задуваемого в чердачные помещения, или, вместе с активным связующим, распыляться на нижнюю сторону конструкций, листов и панелей для изоляции плоских поверхностей, таких как полости стен, потолочные плиты, навесные стены и воздуховоды. Она также применяется для изоляции трубопроводов и звукоизоляции.

Штуфляжи и одеяла из стекловолокна

Маты производятся нарезными, в то время как рулоны доступны в непрерывном виде. Сжатие материала снижает его эффективность. Разрезание материала для размещения электрических коробок и других препятствий создает свободный путь для воздуха через полость стены. Для повышения эффективности предотвращения тепловых мостов маты можно устанавливать в два слоя на чердачном перекрытии, перпендикулярно друг другу. Рулоны могут покрывать лаги и стойки, а также пространство между ними. Установка матов под полом между лагами может быть сложной и неприятной; для их удержания можно использовать ремни или прикреплять ткань или проволочную сетку к лагам. Зазоры между матами (мостики холода) могут стать источниками инфильтрации воздуха или конденсата (оба фактора снижают эффективность изоляции) и требуют особого внимания при монтаже. Аналогичным образом, для обеспечения оптимальной работы матов необходима тщательная герметизация и установка пароизоляционных мембран. Инфильтрацию воздуха также можно уменьшить, добавив слой насыпной целлюлозной изоляции поверх материала.

Проблемы со здоровьем

Стеклянное волокно раздражает глаза, кожу и дыхательную систему. Возможные симптомы включают раздражение глаз, кожи, носа и горла, затрудненное дыхание, боль в горле, охриплость и кашель. Стекловолокно, используемое для теплоизоляции приборов, предположительно вызывает у людей заболевание, сходное с асбестозом. Научные данные свидетельствуют о том, что стекловолокно безопасно в производстве, установке и использовании при соблюдении рекомендованных методов работы, направленных на снижение временного механического раздражения. К сожалению, эти методы работы не всегда соблюдаются, и стекловолокно часто остается открытым в подвалах, которые впоследствии становятся жилыми помещениями. По мнению Американской ассоциации легких, стекловолокно никогда не должно оставаться открытым в жилых помещениях. В июне 2011 года Национальная токсикологическая программа США (NTP) исключила из своего Отчета о канцерогенах всю биорастворимую стекловату, используемую для теплоизоляции домов и зданий, а также для продукции, не предназначенной для теплоизоляции. Аналогично, в ноябре 2011 года Управление по оценке экологических рисков для здоровья штата Калифорния ("OEHHA") опубликовало поправку к своему списку Proposition 65, включив в него только "волокна стеклянной шерсти (вдыхаемые и биостойкие)". Действия NTP США и OEHHA Калифорнии означают, что предупреждающая маркировка о канцерогенности для биорастворимой стекловаты, используемой для теплоизоляции домов и зданий, больше не требуется в соответствии с федеральным или калифорнийским законодательством. Все виды стекловаты, обычно используемые для тепло- и звукоизоляции, были переклассифицированы Международным агентством по изучению рака (IARC) в октябре 2001 года как неклассифицируемые по канцерогенности для человека (Группа 3). Само стекловолокно устойчиво к образованию плесени. Если плесень обнаружена в или на стекловолокне, скорее всего, источником плесени является связующее вещество, поскольку связующие вещества часто органические и более гигроскопичны, чем стекловата. В ходе испытаний было установлено, что стекловата обладает высокой устойчивостью к росту плесени. Рост плесени наблюдался только в исключительных случаях: при очень высокой относительной влажности, 96% и выше, или при насыщении стекловаты влагой, хотя насыщенная стекловата будет демонстрировать лишь умеренный рост плесени.