Aerożel krzemionkowy - właściwości, zastosowanie, cena, wydajność

Aerożel mataAerożel krzemionkowy to praktyczny i coraz powszechniej stosowany materiał izolacyjny. W zdecydowanej większości składa się z powietrza i posiada wyjątkowo niski współczynnik przewodnictwa ciepła. Unikalna budowa czyni go jednym z najskuteczniejszych izolatorów dostępnych na rynku. Czym jest aerożel krzemionkowy, jakie ma właściwości i dlaczego warto go stosować?

Czym jest aerożel krzemionkowy?

Aerożel krzemionkowy to materiał izolacyjny w formie sztywnej piany, posiadający wyjątkowo małą gęstość. W 90-98,8 proc. składa się z powietrza, natomiast resztę stanowi krzemionka - materiał nadający mu specyficzną strukturę. Aerożele uznawane są za najlżejsze substancje stałe, a ich gęstość jest niewiele większa od gęstości powietrza. Wyróżniają się także najmniejszym dla wszystkich ciał stałych współczynnikiem przewodnictwa ciepła. Wykazują stabilność do temperatury, w której krzemionka ulega topnieniu - czyli ok. 1200 stopni Celsjusza. Pierwotnie aerożele otrzymywane były w procesie stapiania idealnie czystej krzemionki, dokonywanym w tzw. atmosferze nadkrytycznego dwutlenku węgla. W tym celu wykorzystywano także pary rozpuszczalników organicznych, które rozdmuchiwały materiał w wyniku stopniowego obniżania ciśnienia. Obecnie stosuje się metodę chemiczną, w oparciu o kondensację hydrolityczną. Zanim uzyskany w ten sposób żel krzemionkowy zastygnie w pianę, konieczne jest zmniejszenie ciśnienia w reaktorze. W warunkach całkowitej próżni następuje wzrost objętości żelu, po czym reaktor ponownie napełniany jest gazem obojętnym oraz podgrzewany. Reakcja kondensacji ulega wówczas zakończeniu, a usztywniona piana staje się trwałym aerożelem krzemionkowym.

Właściwości

Do najbardziej charakterystycznych cech aerożelu należą jego dobre właściwości termoizolacyjne. Specyfika ta wynika ze struktury materiału, zawierającej bardzo duże ilości porów. Ich obecność jest następstwem ograniczonego dostępu szkieletu krzemionkowego do powietrza. Pory stanowią nierzadko niemal 99 proc. objętości aerożelu, jednak są niezwykle małe - dzięki temu zarówno promieniowanie, jak i konwekcja mają minimalny wpływ na właściwości termoizolacyjne. Nie bez znaczenia pozostaje fakt, że szkielet krzemionkowy jest ciałem stałym, a nie gazowym. Za porowatą strukturę powierzchni odpowiadają nanocząsteczki, mniejsze od długości fali światła widzialnego. Dzięki tak niedużej wielkości, aerożel krzemionkowy może mieć postać transparentną. Doskonała izolacyjność wynika z niskiej przewodności ciepła - w porównaniu z polimerami organicznymi o typowej gęstości, wynosi ona nawet 100 razy mniej. Mikrostruktura aerożeli pozostaje nie bez wpływu na niską szybkość, z jaką rozchodzą się pod jej wpływem fale dźwiękowe.

Możliwe zastosowania aerożelu krzemionkowego

W budownictwie aerożel krzemionkowy stosowany jest w formie specjalnych mat. Tego typy blankiety uznawane są obecnie za najcieńszą izolację termiczną na świecie. Stosowane są przede wszystkim w miejscach, gdzie niezbędna jest obecność zabezpieczenia o minimalnej grubości. Maty z aerożelu krzemionkowego coraz powszechniej wykorzystywane są do wykonywania cieplej izolacji stropów, sufitów oraz ścian. Stosuje się je także do tworzenia podkładów pod cementowe wylewki. Aerożel krzemionkowy znajduje szerokie zastosowanie w bezspoinowych systemach ociepleń, przede wszystkim do izolacji ościeży i rurociągów. Wykorzystuje się go w odbudowie przyczep mieszkalnych oraz innych domów ruchomych. Praktycznym wykorzystaniem mat z aerożelu krzemionkowego jest też zastosowanie ich w izolacjach wewnętrznych obiektów, które nadzorowane są przez konserwatora. Dotyczy to zwłaszcza budynków, w których nie ma dużych możliwości naruszenia zewnętrznej elewacji. Aerożele wykorzystywane są jako materiały izolacyjne nie tylko w budownictwie. Stosuje się je do budowy statków i skafandrów kosmicznych, a także do kumulowania pyłów w próżni. Znajdują zastosowanie również w formie podkładów do katalizatorów reakcji chemicznych oraz wypełnień termoizolacyjnych samolotów.

Zalety i wady

Aerożel krzemionkowy posiada transparentną i delikatną budowę, jednak jego właściwości mechaniczne są zaskakująco dobre. Na szczególną uwagę zasługuje bardzo duża odporność na rozciąganie oraz ściskanie. Z powodzeniem wytrzymuje nacisk na powierzchnię. Posiada także niespotykany, praktycznie nieosiągalny dla innych izolacji współczynnik przewodzenia ciepła. Może zwiększyć swoją objętość w przestrzeniach bardzo ograniczonych pod względem przestrzeni oraz ciasnych, dzięki czemu w okresie eksploatacji zapewnia wysoką oraz stałą skuteczność izolacji - niezależnie od ilości dostępnego miejsca. W porównaniu do innych materiałów izolacyjnych, aerożel krzemionkowy posiada bardzo małą wagę. Jego laminowanie, składanie, mocowanie czy wykrawanie nie wymaga angażowania żadnych dodatkowych kosztów i marnowania czasu.

Krzemionka to naturalny surowiec, który nie stwarza żadnego zagrożenia chemicznego i jest całkowicie bezpieczny dla środowiska. Aerożel wykazuje odporność na emisję dymów oraz ognia, dzięki czemu może być stosowany w bardzo zmiennych temperaturach (od -270 do +650 stopni Celsjusza). Do wad aerożelu krzemionkowego należy duża kruchość. Materiał ten nie wykazuje też szczególnej odporności na ścinanie, skręcanie oraz uderzenia. Wady te w dużym stopniu dyskwalifikują praktyczne zastosowanie czystego aerożelu. Aspekty tego rodzaju nie dotyczą jednak mat oraz innych wyrobów powstałych z aerożelu na bazie krzemionki. Po zatopieniu w tworzących szkielet włóknach, materiał ten staje się bardzo łatwy w obróbce i zachowuje większość pożądanych właściwości. Dużym problemem pozostaje jednak dość wysoka cena takiego rozwiązania.

Cena aerożelu krzemionkowego

Na niewielką, w stosunku do styropianu czy wełny mineralnej popularność aerożelu krzemionkowego wpływa bez wątpienia jego niemały koszt. Na ocieplenie zaledwie jednego metra kwadratowego powierzchni w oparciu o tę technologię, przeznaczyć trzeba bowiem nawet 10 razy więcej środków. Standardowe maty z aerożelu krzemionkowego o grubości 5 mm to koszt ok. 140-150 zł za metr kwadratowy. W przypadku produktów o grubości 10 mm, wydatek wyniesie już ponad 200 zł/m2. Różnice w cenach wyrobów poszczególnych producentów są stosunkowo niewielkie. Wynikają one głównie z rodzaju zastosowanych dodatków, których zadaniem jest odpowiednie przystosowanie materiału do użycia w konkretnym przedziale temperaturowym. Obecnie to właśnie wysoka cena stanowi główną przeszkodę przed stosowaniem aerożelu krzemionkowego na znacznie szerszą skalę.

Jak stosować aerożel krzemionkowy?

Maty izolacyjne z aerożelu krzemionkowego nie są szczególnie trudne w układaniu. Należy przede wszystkim starannie dociskać je do powierzchni, łącząc mechanicznie poszczególne elementy - zarówno z podłożem, jak i między sobą. Maty powinny być układane warstwowo w taki sposób, aby kolejne części dosuwane były do poprzednich z utrzymaniem pożądanej ciągłości oraz grubości izolacji. W przypadku niektórych rodzajów przegród, wartości oporu są minimalne - konieczne jest więc zastosowanie większej liczby warstw mat. Niezbędne może się okazać także opracowanie specjalnych układów warstwowych, czyli połączenie wyrobów z aerożelu krzemionkowego z innymi materiałami termoizolacyjnymi.

Wydajność aerożelu krzemionkowego

Mimo wysokiej ceny, aerożel krzemionkowy należy do materiałów niezwykle wydajnych termicznie. Wykonane z niego maty zapewniają skuteczną izolację, przy jednocześnie wyjątkowo elastycznej formie. Jego efektywność izolacyjna jest praktycznie nieosiągalna dla bardziej tradycyjnych systemów, a przy tym pozostaje równie wysoka przez cały okres eksploatacji. Maty z aerożelu krzemionkowego posiadają cienkie profile, co znacząco zmniejsza objętość izolowanych powierzchni. Takie rozwiązanie zapewnia też duża wygodę i swobodę składania, laminowania, wykrawania czy montażu w ciasnych obszarach. Materiał obniża tym samym wagę całej izolacji - pozostaje lekka i mało inwazyjna, co stanowi niemałą zaletę.

Ocena: 4.7

Komentarze