Hőszigetelő anyagok fajtái, tulajdonságaik
Mivel minden anyag rendelkezik hővezetési tényezővel (és az nem lehet nulla), rendelkezik hővezetési ellenállással is, ezért minden anyag hőszigetelő anyag, vagyis többek között a hőszigetelő vakolatok is ide sorolhatók.
Az építőiparban a különböző anyagok a hővezetési tényező alapján lehetnek:
- rossz hőszigetelő anyagok (0,15 W/mK < λ),
- közepes hőszigetelő anyagok (0,06 W/mK <λ<0,15 W/mK),
- jó hőszigetelő anyagok (λ < 0,06 W/mK).
(* λ – Lambda)
Ha tetszőleges hőátbocsátási értékkel rendelkező szerkezetet kiegészítünk jó hőszigetelő képességű anyaggal, a szerkezet hőszigeteléséről beszélünk.
A hőszigetelő anyagok szilárd vázból és levegővel telt pórusokból, kapillárisokból állnak. Mivel az álló levegő jó hőszigetelő, így jelenléte a pórusokban jó hőszigetelő képességet biztosít.
A hőszigetelések jelentős mértékben csökkentik a szerkezet egyes rétegeinek eltérő hőmozgását és az ebből származó feszültségeket, amelyeket a napi és évi hőingadozások okoznak. Meggátolják, illetve kiküszöbölik a szerkezet egyes rétegeiben, a belső felületén, és/vagy a hőhidak mentén a párahatás következtében fellépő káros elváltozásokat. Csökkentik az épület üzemeltetésének költségeit.
A hőszigetelő anyagokkal szemben támasztott követelmények:
- A legfontosabb az alacsony hővezetési tényező.
- Fizikai és kémiai stabilitás abban a hőmérsékleti tartományban, amelyben az anyagot alkalmazzák.
- Ne legyenek higroszkopikus tulajdonságúak, lehetőleg közömbösen viselkedjenek a nedvességgel szemben. A hőszigetelő anyagokba kerülő víz jelentősen rontja a hőszigetelő képességet.
- A hőszigetelő anyagok és a velük érintkező anyagok között nem léphet fel korrózió.
- A hőszigetelő anyagoknak közömböseknek kell lenniük a különböző rágcsálókkal, gombákkal szemben.
- Speciális alkalmazási területeken a szigetelőanyagoknak terhelhetőnek kell lenniük. Ilyen pl. a padlóburkolatok alatt elhelyezett lépésálló hőszigetelő réteg.
A hőszigetelések között megkülönböztetjük a szálas, a pórusos és az ömlesztett anyagokat.
Szálas hőszigetelő
A szálas hőszigetelő anyagoknál a vattaszerűen összesűrített elemi szálak közé szorul be a levegő. Ezeket üveg, különböző kőzetek és salak olvadékából lehet előállítani.
Üreges hőszigetelő
A pórusszerkezet olyan üreges szerkezet, amelyben különböző elhelyezkedésű és méretű pórusok találhatók. Ilyen hőszigetelő anyag a műanyag hab, a parafa stb.
Ömlesztett anyagú hőszigetelő
Az ömlesztett anyagokból felépített hőszigetelő anyag szerkezetében a szemcsék között pórusok alakulnak ki, illetve a szemcsék porozitása okozza a jó hőszigetelő képességet. Ilyen anyag a perlit vagy a belőle készített perlitbeton.
Szálas hőszigetelő anyagok
A szálas hőszigetelő anyagokat foszlató eljárással állítják elő. A kapott szálakat különböző méretű lemezekké, filcekké alakítják. A csekély szervesanyag-tartalom következtében a csupasz termékek nem éghető anyagok! A termékek szervetlen anyaga rovarok, rágcsálók számára élelmet nem nyújt, gombásodásra, penészedésre nem hajlamosak.
Kőzetgyapot termékek
A kőzetgyapotot márgából, bazaltból, diabázból, gabbróból, homokkőből, agyagból stb. lehet előállítani. Az alapanyagokat koksz segítségével megolvasztják és szálakká foszlatják. Az így elkészített szálak vastagsága általában 4-7 μm, hosszúsága 1-10 mm. A további feldolgozás során a szálak sűrítésével lemezeket, paplanokat, csőhéjakat stb. készítenek. A kőzetgyapot lemezek testsűrűsége 60 kg/m3, hővezetési tényezője 0,040 W/mK.
A kőzetgyapot finom szálszerkezetének és viszonylag magas testsűrűségének köszönhetően a szálak közötti levegő megközelítőleg nyugalomban van. A nyílt pórusú szerkezet miatt alacsony páradiffúziós ellenállású. Ez a tulajdonsága különösen alkalmassá teszi külső térelhatároló szerkezetek hőszigetelésére.
A kőzetgyapot a szerkezeti kialakítása miatt a hanghullámokat is nagymértékben elnyeli (általában a 100 Hz feletti frekvenciájú hangokat nyeli el különösen jól). A kőzetgyapot a nagy hőmérsékletkülönbséget alakváltozás és feszültség nélkül elviseli. Nincs hőtágulása, mert az az anyagon belül a szálak egymás közötti mozgásában valósul meg. A kőzetgyapot gyakorlatilag nem öregszik.
Üveggyapot termékek
Az üveggyapotot rendszerint üvegipari nyersanyag keverékéből készítik. Az 5-7 mikron átmérőjű üvegszálakat hőre keményedő gyanta kötőanyaggal permetezik be, majd a polimerizációs kemencében a szálhalmazt a terméktípus szerinti, kívánt testsűrűségnek megfelelő vastagságúra nyomják össze, majd hőkezeléssel a kötőanyagot kikeményítik.
Párafékező tulajdonsága csekély, így réteges szerkezetben a külső kéreg alatt egyrészt kiszellőztetve, másrészt anyagában – a réteg páravezető képességét is kihasználva – előnyösen, nagy biztonsággal alkalmazható.
A páradiffúziós tényező a szigetelt szerkezetek páratechnikai méretezésének egyik legfontosabb épületfizikai jellemzője. Mivel a páradiffúziós folyamatot döntően az üveggyapotban lévő levegő határozza meg, a különböző termékek páradiffúziós tényezője nem tér el lényegesen a levegő páradiffúziós tényezőjétől.
Fagyálló, ezért a külső felületi, időszakos párakicsapódás, illetve az esetleges felületi nedvességhatás az anyag hőszigetelő tulajdonságát nem befolyásolja jelentősen. Mivel azonban nagy porozitású, nyílt pórusú anyagról van szó, a nedvesedéstől és a közvetlen áztatástól óvni kell.
Az üveggyapot termékek széleskörűen alkalmazhatók az akusztikai szigetelések területén is. Jó hangelnyelő képességük a finom, rugalmas szálszerkezetükre, alacsony testsűrűségükre, nagy nyitott porozitásúkra vezethető vissza.
Cementkötésű fabeton hőszigetelő lemezek
Cementkötésű, faapríték adalékanyagú hőszigetelő lemezek előállításhoz töltőanyagként törtszálas szerkezetű fát (kétlépcsős aprítási művelettel), kötőanyagként pedig cementet használnak.
A fabeton előnyös tulajdonságai:
- természetes alapanyagokból készül;
- alacsony térfogatsúlyú;
- kiváló hő- és hangszigetelő, jó hőtároló;
- páraáteresztő;
- víz-, tűz- és fagyálló;
- ellenáll a penésznek, gombásodásnak, kártevőknek;
- könnyen megmunkálható;
- kiváló vakolattartó képességű.
A kedvező hőtechnikai paraméterű anyag kiválóan kombinálható normál kavicsbetonnal. Más hőszigetelő anyaggal, mint például ásványgyapottal vagy különféle polisztirol táblákkal is társítható. A rugalmas gyártási technológia következtében egyedi igények is teljesíthetők (pl. nagyfokú hangelnyelés és hanggátlás egy szerkezettel, fokozott hőszigetelés kis vastagsági méretekkel).
Üreges hőszigetelő anyagok
Az üreges szerkezetű habokat különböző eljárásokkal, pórusképző gázok felhasználásával állítják elő. A habokat a cellák közé beszorított levegő teszi jó hőszigetelővé. A cellaszerkezet lehet zárt vagy nyitott. A zárt szerkezetűeknek gyakorlatilag nincs vízfelvételük. A nyitott pórusszerkezetű haboknak a hőszigetelés mellet jó a hangelnyelésük is. Műanyagok közül szinte mindegyiket lehet habosítani, a gyakorlat szempontjából azonban a polisztirolnak és a poliuretánnak van kiemelt jelentősége.
Habüveg
A habüveget speciális összetételű üvegből állítják elő. Az üveget az előkészítés során finomra őrlik, majd alaposan összekeverik a pórusképző anyaggal (mészkő, dolomit, kálium-nitrát stb.) és a granulálási segédanyagokkal (pl. agyagásványokkal). Ezután a keveréket hőálló sablonban, kb. 830-860°C-os hőmérsékletre hevítik. Ennek hatására pórusképző gáz termelődik (pl. szénpor, C02). A gázképződés hatására az üveg megduzzad, 12-15-szőrösére növeli térfogatát. Az üvegben többnyire zárt, 0,2-1 mm méretű pórusok keletkeznek, amelytől a termék jó hőszigetelő tulajdonságú lesz. A habüveg tehát apró golyócskák halmaza, olyan kis gömböké, amelyekben hajszálvékony üveghártya zár körül egy kis gázbuborékot.
A habüveg testsűrűsége 125-135 kg/m3. A hővezetési tényező 0,048 W/mK, nyomószilárdsága 0,7-0,8 N/mm2. Vizet egyáltalán nem vesz fel, teljesen párazáró. A klasz-szikus eljárásban a habüveg tömböt lehűlés után táblákra vágják. Általában vegyipari tartályoknál, hűtőházaknál, tűzbiztos épületszerkezeteknél használják.
Polisztirolhab
A polisztirolhab az egyik legelterjedtebb hőszigetelő anyag. Alapanyaga az előhabosított polisztirolgyöngy.
A polisztirolból két, lényegesen eltérő tulajdonságú habanyagot állítanak elő:
- az expandált polisztirolt a polimergyöngy zárt térben végzett vízgőzös vagy forró levegős, szakaszos duzzasztásával gyártják;
- az extrudált polisztirolhabot folyamatos technológiával habosítják.
Az expandált polisztiroltömb hővezetési tényezője 0,030-0,040 W/mK, testsűrűsége 12-40 kg/m3 között van. Ez a hőszigetelő anyag nem áll ellen a különböző savaknak, szerves oldószereknek, ásványolajoknak stb. A polisztirol habok nehezen éghetőek.
Az extrudált polisztirol hővezetési tényezője 0,025-0,027 W/mK, testsűrűsége 25-45 kg/m3 között van. Az anyag finom, teljesen zárt cellákból épül fel, sima felületű és mérettartó. Az extrudált termékek hőszigetelő képessége jobb, szilárdsága nagyobb, vízfelvétele pedig kisebb, mint az expandált terméké. Felhasználása elsősorban hűtőházak teherhordó födéméinek, fordított tetőszerkezetek, illetve nagyobb terhelésnek kitett szerkezetek hőszigetelésekor történhet. Ez a hőszigetelő anyag nem áll ellen a különböző savaknak, szerves oldószereknek, ásványolajoknak stb.
A zártcellás polisztirolhab rendszerek páratechnikai hátrányait a gyártástechnológia fejlesztésével sikerült megszüntetni. A legújabb polisztirollapok perforáltak, lyukacsos szerkezetűek. A szemcsék tehát pontszerűen kapcsolódnak egymáshoz, így a páraáteresztő képesség jelentősen megnő. A hagyományos lapok 50-es páradiffúziós ellenállási tényezője 10-es értékre csökkenthető le, azaz a páraáteresztő képesség jelentősen javul. A perforált hőszigetelő lapoknál ügyelni kell, melyik oldal kerül a fal felé, ugyanis a fal felől induló kúpos lyukak nem mindegyike ér át a lap másik oldalára. Ez a külső oldalon egyenletes páraeloszlást tesz lehetővé.
Poliuretán hab termékek
A poliuretán habot a poliuretán fizikai, vagy kémiai és fizikai habosításával gyártják, félkemény és kemény kivitelben. A kemény poliuretán pórusszerkezete 95 V%-ban zárt. A jó hőszigetelő képességet a pórusok közé zárt gőzök biztosítják (pl. freon). Habosítás közben a poliuretán hab jól tapad a papírhoz, kerámiához, fához, ezért szendvicsszerkezetek gyártására ragasztóanyag nélkül is felhasználható.
Lehetőség van a helyszíni habosításra is. Ezzel az eljárással a (nyílászáró és fal közötti) hézagok és üregek kitöltését is el lehet végezni. Testsűrűsége 30-40 kg/m3 közötti, hővezetési tényezője 0,030 W/mK. 100 °C-ig hőálló, nyomószilárdsága 0,14-0,25 Mpa. Az építőanyagokhoz jól tapad. Könnyen éghető anyag, de a lúgok, savak, szerves oldószerek nem támadják.
Polietilén hab termékek
A polietilén hab polietilénből, habosító adalékanyaggal, extrudálással előállított, zártpórusú hab termék. Különböző testsűrűséggel gyártják (25-180 kg/m3), hővezetési tényezője 0,037-0,065 W/mK. Vízfelvevő tulajdonsága gyakorlatilag zérus, jó párazáró tulajdonságú. Előnye, hogy rugalmas, kis sugár mentén is hajlítható.
Parafa hőszigetelő termékek
A szerves hőszigetelő anyagok közül a parafa természetes eredetű. A felhasználásra alkalmas alapanyag a paratölgy kérgének lefejtésével nyerhető. A parafa testsűrűsége kb. 200 kg/m3. A jó hőszigetelő képességet a vékony sejtfalak közé bezárt levegő biztosítja. A parafa szívós, rugalmas, nagy a diffúziós ellenállása, fagyálló, penészesedésre, rothadásra nem hajlamos.
A hulladék parafa expandálása során 250-300 °C-os gőz hatására a parafából gyantaszerű anyag válik ki, amely hártyaszerűen összeragasztja a szemcséket. Az expandált parafa testsűrűsége 120-140 kg/m3 közötti, hővezetési tényezője 0,05 W/mK. A parafa termékeket hűtőházak, fürdőépületek, nedves környezetű terek hőszigetelésére használják.
Ömlesztett hőszigetelő anyagok
Perlit és perlittermékek
A perlit alapanyaga a természetben megtalálható riolitos vulkanikus kőzet, 3-5% víztartalommal. 900-1200 °C-os hőmérséklet hatására a víztartalom gőzzé válik és a kőzet 20-30-szorosára duzzad. Ezt nevezzük duzzasztott perlitnek. A perlitnek kicsi a szemcseszilárdsága, és a halmazsűrűsége, ezért csak hőszigetelő betonok és vakolatok készítésére alkalmas. Betonkészítésre általában a durva és nehézperlit használható. A habarcs- és betonkészítéshez használt perlit nem tartalmazhat szennyeződést. A hővezetési tényezője 0,045 W/mK.
A perlitpaplan műanyag fóliába varrt, ömlesztett perlit. Testsűrűsége 110-140 kg/m3 közötti, hővezetési tényezője 0,064 W/mK. Általában +70 °C-os hőmérsékletig alkalmazható. Elsősorban lapostetők szigetelésére használják. A perlitadalékos hőszigetelések között a bitumoperlit a legismertebb. Ezzel az anyaggal hő- és nedvesség elleni szigetelés is megoldható. Testsűrűsége 400-500 kg/m3, nyomószilárdsága 0,4-0,6 Mpa, hővezetési tényezője 0,1 W/mK, vízfelvétele 10 m% alatti. Felhasználható -20 és +100 °C-os hőmérséklet között. Acélszerkezetek tűzvédelmére használhatnak gipszperlit lapokat és vízüvegkötésű perlitlapokat.
A perlithab granulátumot perlitkőzet őrleményéből, nátronlúgból és duzzadást elősegítő keverékből granulálás utáni duzzasztással állítják elő. 2-30 mm-es mérettartományban frakciókra bontva, zsákokban forgalmazzák. Zárófödémek hőszigeteléséhez és hőszigetelő betonok készítéséhez használható. Műanyaghabok töltőanyagaként, főleg a tűzállóság és a mechanikai szilárdság növelésére használják.
Agyaggyártmányok
A duzzasztott agyag és perlit 1:1 arányú keverékéből előállított, téglaméretű termékeket 900 °C-os hőmérsékleten égetik ki. A testsűrűségük 300 kg/m3, hővezetési tényezőjük 0,080 W/mK, nyomószilárdságuk 0,7 Mpa. 900 °C-os hőmérsékletig kemencefalak falazására, kazánok szigetelésére alkalmazható. Szárazon vagy saját őrleménnyel kevert agyaghabarcsba rakják.
Ha a keveréshez tűzálló agyagot, illetve samottot is használnak, akkor a termék sűrűsége 750 kg/m3, nyomószilárdsága 3 MPa, hővezetési tényezője 0,23 W/mK. Körülbelül 1200 °C-os hőmérsékletig használható ipari kemencék külső és belső szigeteléséhez. Olvadáspontja 1650 °C.
A kőszivacs porózus égetett kerámia termék. Az agyaghoz pórusképző anyagot, elsősorban szénport és fűrészport kevernek. A kiégett alkotórészek helyén maradt üregek biztosítják a jó hőszigetelő képességet. A kőszivacs anyagból a válaszfallapokhoz hasonló termékeket állítanak elő.