История теплоизоляционных материалов: от палеолита до наших дней

Теплоизоляционные материалы начали использовать первые люди вида Homo sapiens во времена палеолита, когда наши первобытные предки только учились осваивать каменные орудия. Давайте заглянем в далёкое прошлое и посмотрим, что они применяли для защиты своих построек от холода и жары. Затем – разберёмся, как эволюционировала теплоизоляция, когда и как появились современные материалы.

Читать дальше

Первые теплоизоляционные материалы

Жилища первобытных людей

Изоляционные материалы появились одновременно с первым жильём исторических людей, однако они ещё не были отдельным слоем конструкции. Наши предки использовали шкуры животных, мех, шерсть и растения, такие как тростник, лён, солома, камыш, высушенные листья морского взморника. Когда они перешли к оседлому образу жизни, то стали строить дома из более прочного сырья: камня, древесины, земли. Их могли утеплять перечисленными природными материалами и глиной, а в землянках роль изоляции играла сама земля, благодаря высокой плотности.

Скара-Брей - поселение времён неолита в Шотландии

С этой точки зрения интересно самое древнее сохранившееся жилище такого рода. В 1850 году на Оркнейских островах в Шотландии произошла буря, которая очистила непримечательный холм от верхнего слоя земли с травой. Под слоем породы оказалось поселение Скара-Брей времён неолита. Дома строили на основе земляных курганов из слюдистого песчаника. Почва играла роль теплоизоляции и надёжно защищала древних людей от сурового шотландского климата.

Первый шаг в эволюции начальных изоляционных материалов – это изменение их формы и свойств. Первобытные люди стали делать из природного сырья полотна, циновки, из шерсти – войлок. Из глины изготавливали необожжённые кирпичи.

Саман – первый рукотворный материал с пористой структурой

Дом из самана

А теперь перенесёмся в 5-4 тыс. до н.э. в Древний Египет. Представьте египтян с бронзовым загаром, которые усердно набирают глинистый грунт из Нила. Затем они интуитивно добавляют в сырьё для кирпича-сырца солому и костру, увеличивая его пористость и термоизоляционные свойства. Так они получают саман – уникальный кирпич, постройки из которого сохранились и до сегодняшнего дня. Открытие пористости как одного из главных способов снижения теплопроводности – большое достижение в истории теплоизоляции.

Композиционные материалы на основе тростника и пробки

Следующий скачок в развитии изоляционных материалов происходит во время промышленной революции в XIX веке. Появляются и широко используются в строительных работах чугун, стекло, сталь, цемент. Становится очевидным, что без дополнительного слоя теплоизоляции они быстро стареют и разрушаются из-за погодных условий. С тех пор учёные и инженеры начинают активно изобретать изоляционные материалы, сначала из природного сырья, а затем – из искусственно созданного.

Панели из тростника

В XIX веке производят первые термоизоляционные панели из тростника, пробки, костры льна. Их главный минус был в их гигроскопичности – они отлично впитывали влагу и быстро разрушались, теряя свои свойства. Поэтому в конце столетия и в начале ХХ века появляются композиционные материалы. Панели из тростника покрывают битумом, однако продукт не получает широкого распространения из-за высокой воспламеняемости и низкого качества в целом.

Реклама полотен из морского взморника (слева)

Интересен и ещё один из первых композиционных теплоизоляционных материалов – сэндвич-панели из морского взморника. Высушенное растение располагали между двух слоёв высокопрочной обёрточной бумаги или асбеста.

Также для изоляции использовали наружную часть коры деревьев – пробку, из которой производили панели. Однако они были сильно подвержены влиянию плесневых грибов и насекомых. Тогда появляется продукт из измельчённой пробки, извести и глины.

Вспененные полимеры – революция на рынке теплоизоляции

В начале ХХ века изобретают первые теплоизоляционные материалы из искусственного сырья и обнаруживают их преимущества по сравнению с панелями из природного сырья: огне-, водо- и износостойкость. В 1930-1940-х годах происходит революция на рынке изоляции – учёные открывают свойства вспененного полистирола и полиуретана.

Отис Рэй Макинтайр с Санта Клаусом, сделанным из пенополистирола

Первый в мире продукт из пенополистирола в 1941 году изготавливает в США Отис Рэй Макинтайр – инженер-исследователь The Dow Chemical Company. За основу он взял запатентованный метод вспенивания полистирола шведских изобретателей Карла Мунтерса и Джона Тандберга. Макинтайр взял гранулы полистирола и нагрел их до 200 С с использованием хлорметана в качестве вспенивающего агента. В результате он получил полотно пенополистирола с закрытоячеистой структурой. На основании этих изобретений в 1950-1970-х годах появились новые материалы из вспененных полимеров: пенополиуретан, пенополиэтилен и пенополиэстер.

Изобретение вспененного каучука

Изобретатель вспененного каучука Эдвард Мёрфи

Примерно в одно время с открытием пенополистирола изобретают вспененный каучук. В 1929 году британский учёный и сотрудник каучуковой лаборатории компании Dunlop Tires в Бирмингеме Эдвард Мёрфи делает первую партию вспененного каучука. Примечательно, что для этого он использует обычный кухонный миксер, которым взбивает натуральный каучук. Изобретение не впечатлило его коллег, пока не стало широко применяться во множестве сфер человеческой деятельности. Во время Второй мировой войны на основе исследований Мёрфи создают вспененный синтетический каучук из бутадиен-стирольной композиции.

За тысячелетия теплоизоляция прошла путь развития от природных материалов до созданных в лабораторных условиях. Сегодня 95% рынка теплоизоляционных материалов занимают искусственные материалы, и только 5% – натуральные. При этом порядка 50-55% от общего числа – это вспененные полимеры, которые распространены благодаря своим низким показателям теплопроводности, высокой водостойкости, пожаробезопасности, долговечности.

Последние новости