Аэрогель, или «застывший воздух (дым)» - один из самых удивительных стройматериалов. Аэрогель, помимо других потрясающих свойств, на сегодня самое легкое твердое вещество на планете Земля, причем созданное человеком. Это практически наноматериал, все еще незнакомый широкой строительной аудитории. Возможно, за аэрогелевыми теплоизоляциями – будущее, поскольку качества нового материала весьма привлекательны. Состав аэрогеля – почти 99,8% воздуха, а прочность образцов аэрогеля такова, что нагрузка в 2000 раз более собственного веса наноматериала – не предел. Неудивительно, что теплоизолирующие свойства аэрогеля превышают аналогичные свойства стеклопластиковых изоляторов в 40 раз. Космонавтика и новые технологии используют аэрогели, но и строительная изоляция на основе кварцевых аэрогелей на сегодня испытана и применяется:
- Для строительных конструкций промышленного и гражданского (в том числе и индивидуального) строительства;
- В качестве самой высокоэффективной теплозащиты труб и инженерных коммуникаций любого назначения (технологического, бытового, систем жизнеобеспечения). Аэрогелевая изоляция способна обеспечить экономичные процессы работы любого трубопровода;
- Для конструкций, работающих в самых сложных эксплуатационных условиях; в изоляциях криволинейных нестандартных поверхностей (оболочки, резервуары и др.);
- Теплозащита и влагобарьер аэрогелевых изоляций практически идеальны, что дает возможности обеспечивать длительную работу металлических конструкций в агрессивных средах без коррозионных разрушений. Интересно, что даже при полной гидроизоляции аэрогели обеспечивают паропроницаемые качества своих оболочек.
Интересно выглядит аэрогель – замороженный туман, или легкий лед. Практически это обездвиженная газообразная форма с молекулярной решеткой примерно 2 микрона. Пористость данного материала сверхтонкая, и на глаз ячеистую структуру твердого геля невозможно увидеть – только под микроскопом. Тактильно аэрогелевая дымка напоминает тонкий пенопласт или застывшую косметическую пенку, но при этом материал полупрозрачен и имеет дымчато-голубоватые оттенки. Технология производства сложна, и включает полимеризации и автоклавирование при высоких температурах и давлении для критического «высушивания», в процессах применяют сжиженную углекислоту. Но специалисты популяризируют достижения просто: представьте себе гель, в составе и структуре которого абсолютно нет жидких компонентов, но вместо них есть газообразные. Понятно, что удельный вес такого материала будет стремиться к нулю, вернее, к плотности атмосферного воздуха (всего в 1,5 раза выше). Если сравнить с твердым веществом, например, с калийным стеклом – то у аэрогеля удельный вес в 1000 раз меньше.
Аэрогель для теплоизоляции
Основные качества изоляционного аэрогеля:
- При сильных нагружениях кварцевый аэрогель трескается, но все же прочностных качеств достаточно, чтобы выдерживать нагрузку в 2 000 раз превышающую вес изоляции (справочно: образец аэрогеля весом в 2,40 г выдерживает вес керамоблока более 2 кг).
- При этом коэффициент теплопроводности аэрогеля ниже, чем у воздуха (при нормальном атмосферном давлении): Кт = 0,0175 Вт/м*град К. Для сравнения: Кт воздуха = 0,0235-0,0245 Вт/м*град К.
- Температура плавления 1200°С;
- Рабочая температура до 500°С, без изменения качества изоляции.
Изобретен аэрогель очень давно – в 1931 году, но в строительные и промышленные сферы этот уникальный материал нашел дорогу более чем на полсотни лет позднее, поскольку первые производства оказались сверхдорогими. Примерно с середины 90-ых аэрогель применяют в космонавтике, а затем «застывшая дымка» пришла и в промышленность, для изоляций суперответственных систем. Важнейшее направление аэрогелевых разработок – сорбционная очистка воды Мирового океана, хотя это дело не сегодняшнего дня, а будущего. В аэрогель-фильтр включили платину (достижение американских химиков, 2007 год), и полученная фильтрация на сегодня самая эффективная, и способна очищать воду от свинцовых, ртутных и других опаснейших загрязнений.
Название "аэро-гель" предполагает гелеобразность субстанции, и представляется, что это краска и ее нужно намазывать, к примеру, или окрашивать. Это не совсем так: краски и порошки на аэрогелевой основе действительно разработаны и применяются, но изоляция аэрогелями развивается в синтезе с твердыми субстанциями, с керамикой, стекловолокном и карбоном и так далее. При этом получаемые изоляторы в виде матов, пластин, фольгоизолов – имеют в основе уникальные качества аэрогеля, самого легкого из твердых веществ. Виды аэрогелей примерно можно разделить на кварцевый, углеродный и кремнеземный:
- Кварцевый аэрогель по удельному весу мало уступает наноматериалам (аэрографит, аэрографен). Средняя плотность около 1,90 кг/м3, что легче воды в полтысячи раз. Этот вид аэрогеля пропускает солнечные лучи, но поглощает тепловые. Теплоизоляция и теплоудерживание кварцевого аэрогеля таковы, что позволяют защитить открытую кожу человека от открытой струи огня (паяльная лампа), и это при толщине изоляции аэрогеля всего в 2,5 см.
- Углеродный аэрогель – плюс к изоляционным тепловым качествам имеет и электрические, и применяется в электоконденсаторах и т.п., а также для поглощения солнечного излучения (отражение всего лишь 0,30%). В строительных изоляциях (также, как и кварцевый аналог) известен в виде нетканого материала для поверхностных тепло-и термоизоляций.
- Кремнеземный аэрогель применяют в процессах, связанных с катализом, а в строительстве применяют в составе панелей и огнестойких теплоизоляционных порошков. В строительных изоляциях, таким образом, все более известен кварцевый вид аэрогеля.
Еще несколько свойств аэрогеля и плюсов утеплителей на его основе:
- «Воздушный» вес аэрогелей не нагружает несущие конструкции: снижается материалоемкость, габарит сооружений и так далее;
- Негорючие свойства утеплителя сегодня востребованы. Аэрогели отнесены к классу НГ (полностью негорючие). Возможна термоизоляция огнеопасных конструкций, защита от открытого пламени и сильного нагрева.
- Экологически безопасен, не содержит вредных для человека и среды составляющих и может применяться для изоляции всех строительных поверхностей, внутри жилища и вне его. Для биосреды, включая мышей и компанию, аэрогелевые изоляторы безынтересны, поскольку не содержат органики и не благоприятствуют никаким формам жизни.
- Диэлектик: не копит статическое электричество, прозрачен.
Обеспечивают конструкциям защиту от воды, способствуют быстрым испарительным процессам при случайном замокании утепляющего слоя. Тем самым и защищают от коррозионных рисков, а плюс к этому аэрогелевые утеплители имеют сильные влагооталкивающие качества даже при сильном нагреве.
Монтаж утеплителей на основе кварцевого аэрогеля прост, крепеж возможен по любым поверхностям. Легкие плиты, полотно, маты фиксируют монтажными клеевыми составами. Толщины изоляций требуются небольшие, а все утеплителей рекордно малый – все это ускоряет и удешевляет строительные процессы. Популярные рулонные аэрогелевые утеплители и маты китайских и польских фирм удивляют эффективной толщиной утепления: 3; 5; 8; 10; 13 мм при полной гидрофобности.
Но в целом современные предложения производителей пока еще недостаточно популярны и многими строителями считаются непроверенными инновациями. Основные виды теплоизоляций на основе аэрогелей: панельные изоляции, нетканые рулонные материалы, изолирующее стекло, материалы на основе аэрогельно-углеродных волокон, а также аэрогелевые порошки и красящие составы. К последним относя и гидротермоизоляционные составы с различными вяжущими, например, водные суспензии на латексе, которые можно купить в готовом к применению виде, а наносятся такие составы очень тонким слоем. Фракционный состав порошковых аэрогелей разный, самый востребованный – с частицами 20 микрон и Кт = 0,018- 0,022 Вт/м*град К. Назначение суспензий и порошков – гидро- и термоизоляция. Жидкие составы применяют для изоляций полиуретана и гипсокартона, а не только бетонных оснований, поскольку прочность создаваемого покрытия достаточна. Слой изоляции реает проблемы влагоотталкивания, защиты от открытого пламени, а также повышает термический предел сопротивления конструкций. Адгезия составов отличная, срок эксплуатации длителен, и что важно для внутренних отделок – экология безупречна.
Полотно (маты) на основе углеродно-карбоновых и керамических волокон, а также и стекловолокна является композитным материалом, здесь аэрогели выступают в качестве заполнителя волоконной структуры. Единственный сегодняшний минус данной изоляции для широкого применения в частном строительстве – пока еще высокая и не всем строителям доступная цена. Но виды, формы и свойства аэрогелевых изоляций постоянно расширяются, например, востребованые гидрофобные внутренние утеплители, обладающие отличной паропропускающей способностью. Имеются фольгированные и нетканые полотна на аэрогелевых основах, имеющие дополнительный плюс шумозащиты.
Плотности и толщины утеплителей различны у разных производителей, а назначение – очень широкое, практически универсальное, включая и пошив теплой одежды. Строительство, быт и микроэлектроника, космонавтика и промышленные производства – диапазон и рост применения аэрогелей говорит о мощных перспективах этого материала 21-го века.
