Кремнеземный аэрогель — это современный изоляционный продукт с очень высокими теплоизоляционными параметрами. Покрытие на силикатной основе также обеспечивает эффективную акустическую защиту.

Аэрогель — изоляционный материал, чаще всего используемый в виде матов или наполнителей. Благодаря его использованию можно быстро устранить мосты холода в бывшем в ‘употреблении эксплуатации здании.

Что такое аэрогель?

Аэрогель представляет собой продукт, состоящий в значительной части (90-95%) из воды и нанопористого материала, производство которого заключается в лишении силикагеля жидкой фазы. Состав и структура аэрогеля влияют на достижение им очень высоких параметров теплоизоляции. Значение показателя теплопроводности обсуждаемого изделия значительно лучше по отношению к типичным теплоизоляционным материалам – минеральной вате или пенополистироле. Наличие наночастиц в структуре аэрогеля делает материал прозрачным и в то же время обладает высокими показателями теплозащиты. Продукт на основе силикагеля также характеризуется очень хорошими звукоизоляционными параметрами. Более того, этот материал полностью устойчив к огню и химическим веществам.

Аэрогели — характеристики

Как было сказано выше, аэрогель характеризуется высокими теплоизоляционными параметрами. 

• Его особенности, ограничивающие выход тепла, обусловлены наличием огромного количества пор и внутренней структурой самого материала. На этот факт также влияет явление ограничения потока воздуха через каркас на основе кремнезема. Большой объем сетки с микроскопическими порами в теле продукта сводит к минимуму влияние конвекции и излучения. Наличие самой кремнеземной основы придает аэрогелям твердую форму. Расположение пор внутри материала после увеличения напоминает жемчужные ожерелья. Наночастицы, присутствующие в структуре материала, дополнительно улучшают теплоизоляционные параметры. Микроструктурная структура аэрогеля, снижающая скорость распространения звуковых волн, также обеспечивает очень хорошее звукопоглощение.
• Необработанный аэрогель является гидрофильным продуктом и не устойчив к влажным условиям. Контакт чистого аэрогеля с водой приводит к разрушению внутренней структуры материала. Поэтому для улучшения функциональных свойств изделия его армирование осуществляется с применением стеклянных волокон. Благодаря этому действию конечный продукт характеризуется гидрофобностью и высокой устойчивостью к воде и влаге.
• Аэрогели считаются лучшими твердыми теплоизоляторами с коэффициентом теплопроводности 10-15 мВт/мК при 100° F и являются лучшими изоляторами, чем лучшие жесткие пенопласты.
• В зависимости от формы применения аэрогели являются отличными криогенными изоляторами, а также могут хорошо функционировать при повышенных температурах до 550-650 ^о С. При температурах выше 800 ^о С начинается процесс спекания, и с повышением температуры происходит быстрая потеря поверхности и изолирующих свойств. 

Производство

Известны и производятся неорганические аэрогели (такие как аэрогели на основе кремния), органические аэрогели (такие как резорцин-формальдегидные аэрогели) и неорганические/органические гибриды. 

• Неорганические аэрогели изготавливаются на основе алкоксидов и содержат такие материалы, как: кремнезем, оксид титана, оксид циркония, оксид алюминия. Аэрогели кремнезема традиционно получают путем гидролиза и конденсации алкоксидов кремния или желатинизации кремниевой кислоты или жидкого стекла. 
• Органические аэрогели включают, среди прочего, уретановые, полиизоцианатные, резорциноформальдегидные (РФ), полиолефиновые, меламиноформальдегидные и фенолфурфурольные аэрогели. Для получения органических аэрогелей, например аэрогелей РФ, обычно используют конденсационную полимеризацию резорцина и формальдегида в щелочной среде. 
• Ксерогели (испарение золь-гелевого растворителя), амбигели (испарение алканового растворителя) и аэрогели (сверхкритическая сушка) изготавливаются из геля, и среда сушки в конечном итоге влияет на конечные свойства материала. 

Каждый тип материала необходимо формовать и сушить путем выпаривания, субкритической экстракции или сверхкритической экстракции. Ксерогели и амбигели получают испарительной сушкой. Аэрогели — процессом сверхкритической экстракции для сохранения структуры гелеобразного состояния. 

Какие бывают виды аэрогеля?

Аэрогели классифицируют в основном на основе их массовых параметров. Материал может быть в следующих формах:

• монолитный;
• гранулированный;
• пудра;
• покрытие (толщиной несколько миллиметров);
• тонкая пленка (толщина не более 100 нм).

Аэрогелевые утеплители чаще всего имеют форму гранул или матов. Коврики на основе аэрогеля обычно используются в промышленности. Эти материалы могут быть использованы, среди прочего, для изоляции линейных установок (трубопроводов), частей холодильных камер, самолетов и судов. По сравнению с изоляцией из полистирола и изоляционными плитами, маты из аэрогеля являются тяжелыми материалами. Изделия из силикагеля имеют параметры прочности, сравнимые с изделиями из полистирола, но более долговечны, чем плиты PIR. По сравнению с двумя другими изоляционными материалами аэрогели намного эффективнее поглощают звуки. Коврики на основе аэрогеля также просты в обработке и гибки. Изделия этого типа также могут быть сшиты слоями.

К обычным строительным продуктам с добавлением аэрогеля относятся наполнители. Основа такого покрытия обогащена гранулами наночастиц, благодаря чему достигаются гораздо более высокие изоляционные параметры, чем у необогащенной формы. Однако следует помнить, что эффективность теплоизоляции, выполненной с применением масс, не соответствует свойствам матов. Шпаклевочные изделия обычно используются для покрытия внутренних поверхностей перегородок в местах возможного возникновения мостиков холода. Однако, планируя применение аэрогеля в здании, не забудьте удалить всю грязь и грибок.

Преимущества и недостатки аэрогеля

Преимущества

Аэрогель кремнезема имеет прозрачную и нежную структуру, но его механические свойства удивительно хороши. 

• Особо следует отметить очень высокую устойчивость к растяжению и сжатию. Он успешно выдерживает давление на поверхность. 
• Он также обладает беспрецедентным коэффициентом теплопроводности, практически недостижимым для других утеплителей. 
• Материал может увеличивать свой объем в очень тесных и ограниченных пространствах, благодаря чему обеспечивает высокую и постоянную эффективность изоляции в течение всего срока службы — независимо от доступного пространства. 
• По сравнению с другими изоляционными материалами кремнеземный аэрогель имеет очень малый вес. 
• Его ламинирование, складывание, фиксация или резка не требуют дополнительных затрат и траты времени.
• Силикагель — это натуральное сырье, не представляющее химической опасности и полностью безопасное для окружающей среды. 
• Аэрогель устойчив к задымлению и выделению огня, благодаря чему его можно использовать при очень переменных температурах (от -270 до +650 градусов Цельсия). 

Недостатки

• К недостаткам кремнеземного аэрогеля можно отнести высокую хрупкость. 
• Этот материал также не особенно устойчив к сдвигу, кручению и ударам. Эти недостатки в значительной степени ограничивают практическое использование чистого аэрогеля. Однако эти аспекты не относятся к матам и другим аэрогелевым продуктам на основе диоксида кремния. После встраивания в волокна, образующие каркас, этот материал становится очень удобным в работе и сохраняет большинство нужных свойств. 
• Однако большой проблемой остается высокая цена такого решения.

Аэрогель — цена

Цена аэрогеля выше других материалов, используемых для теплоизоляции. Считается, что именно поэтому этот продукт не так популярен, как пенопласт или шерсть. По оценкам, реализация квадратного метра утепления с применением аэрогеля связана с затратами на уровне в десятки раз выше, чем при использовании типовых материалов. Коврик из аэрогеля толщиной 0,5 см стоит около 30 долларов/м2. Покупка изделий толщиной 1 см связана с расходами в размере 60 долларов/м2. На цену аэрогеля также влияет тип содержащихся в его составе добавок, определяющих условия применения продукта.

Как использовать кремнеземный аэрогель?

Изоляционные маты из кремнезема и аэрогеля не особенно сложны в укладке. 

• В первую очередь следует тщательно прижать их к поверхности, механически соединяя отдельные элементы — как с подложкой, так и друг с другом. 
• Маты следует укладывать слоями таким образом, чтобы последующие части надвигались на предыдущие с сохранением нужной сплошности и толщины изоляции. 
• В случае некоторых видов перегородок значения сопротивления минимальны — поэтому необходимо использовать большее количество слоев матов. 
• Также может возникнуть необходимость в разработке специальных систем слоев, т. е. комбинации кремнеземных аэрогелевых продуктов с другими теплоизоляционными материалами.

Области применения аэрогеля

Этот материал также используется в строительстве в виде специальной ленты, защищающей деревянные и стальные конструкции от термических трещин.

Изоляционные маты из аэрогеля также подходят для защиты бетонных оснований при низких температурах.

Дверь будет иметь лучшие параметры тепло- и звукоизоляции, если между двумя деревянными панелями использовать прокладки из аэрогеля.

Аэрогель также будет работать как изоляция:

• кровли;
• чердака;
• стены;
• гаражных ворот;
• утепления полов и потолков;
• стальных столбов или каркасных конструкций;
• устранения тепловых мостов;
• окна с применением гранул;
• облицовки печей и дымоходов.

Аэрогель также используется в бытовой технике, например:

• тостеры,
• холодильники,
• морозильные камеры,
• плиты,
• стиральные машины,
• водные нагреватели.

Вопрос-ответ