Пластические массы

Неорганические теплоизоляционные материалы

Минеральная вата — волокнистый бесформенный материал — состоит из тонких стекловидных волокон диаметром 5-15 мкм, по­лучаемых из расплава легкоплавких горных пород (мергелей, доло-

400

митов и др.), металлургических и топливных шлаков и их смеси. Расплав обычно получают в вагранке. Волокна образуются при воз­действии подаваемого под давлением пара или воздуха на непре­рывно вытекающую из вагранки струю расплава либо путем подачи расплава на валки или фильтры, или диск центрифуги. Полученное минеральное волокно осаждается в камере на непрерывно движу­щейся сетке. В эту камеру вводят органические и минеральные свя­зующие вещества.

Минераловатные твердые плиты, имеющие повышенную же­сткость, изготовляют на синтетическом связующем (фенолоспирте, растворе или водной дисперсии карбамидного полимера и др.). Ранее принятая технология предусматривает изготовление твердых плит из гидромассы (т. е. «мокрым» способом), состоящей из минерального волокна, раствора полимера, пенообразователя. Плиты из массы жидкотекучей консистенции формуют в вакуум-прессах и подверга­ют тепловой обработке при 150-180 °С. Получают плиты плотно­стью 180-200 кг/м3, теплопроводностью 0,047 Вт/(м-°С), толщиной 30-70 мм.

Существенно важным для свойств изделий является ориентация волокон. Наиболее прогрессивная технология формования твердых минераловатных плит с вертикальной ориентацией волокон осуще­ствляется на 10- и 17-этажных прессах. Там же происходит тепловая обработка изделий. Прочность на сжатие минераловатных изделий возрастает с ростом количества вертикально ориентированных воло­кон. Прочность на сжатие 100 кПа при 10%-ной деформации может быть достигнута для минераловатных плит плотностью 150-160 кг/м3 при содержании вертикально ориентированных волокон около 65%; для плит плотностью 180-190 кг/м3 — около 55%.

Минераловатные изделия с гофрированной структурой, содержащие до 30% ориентированных в вертикальном направлении волокон, имеют плотность 140-200 кг/м3. По сравнению с плитами с горизонтальной ориентацией волокон гофрированные плиты отли­чаются меньшей деформативностью и повышенной в 1,7-2,5 раза прочностью.

При утеплении бесчердачных кровель твердыми минераловат­ными плитами гидроизоляционный слой устраивают, наклеивая ру­лонный гидроизоляционный материал непосредственно на сами пли­ты. При жестких плитах не требуется устройство стяжки между пли­той и гидроизоляцией. Возможно применение самонесущих плит.

Минераловатные жесткие плиты и фасонные изделия (скорлупы, сегменты) выпускают с синтетическим, битумным и неорганическим связующим (цементом, глиной, жидким стеклом и др.). Для повыше­ния прочности и снижения количества связующего в состав изделий вводят коротковолокнистый асбест. Плиты толщиной 40-100 мм вы­пускают плотностью 100-400 кг/м3 и теплопроводностью 0,051— 0,135 Вт/(м-°С).

Минераловатные полужесткие и мягкие плиты изготовляют с синтетическим, битумным и крахмальным связующим. Изделия (плиты, цилиндры, сегменты, маты) с синтетическим связующим имеют меньшую плотность, более прочны и привлекательны на вид по сравнению с изделиями на битумном связующем.

Плотность плит -— 35-250 кг/м3, теплопроводность — 0,041— 0,07 Вт/(м °С). Основные показатели технического уровня приведе­ны в табл. 16.1.

Прошивные маты — это гибкие изделия из слоя прошитого во­локнистого материала. Последнее время используются вертикально­слоистые гибкие маты, состоящие из приклеенных к покровному ма-

402

териалу полос волокнистых плит при преимущественно перпендику­лярном расположении волокон. Гибкие изделия, состоящие из слоя волокнистого материала со связующим веществом, называются вой­локом.

Минераловатные маты в рулонах выпускают следующих видов: с синтетическим связующим (рт = 35-75 кг/м3), прошивные с металли­ческими, тканевыми, бумажными обкладками, с обкладкой из стекло - холста (рт = 100-200 кг/м3); из штапельного стекловолокна (рт = 25- 50 кг/м3); из непрерывного стекловолокна рт = 80-120 кг/м3); в виде холста из базальтового волокна (рт - 15-20 кг/м3).

Базальтовое волокно выдерживает температуру до 1000 °С, как и основная порода (стекловолокно только 650 и 550 °С). Базаль­товая вата применяется в виде огнестойких матов, лент и плит, по­ставляемых в рулонах, обладает стойкостью к коррозии. При плот­ности 80-100 кг/м3 и температуре 25 °С вата имеет теплопровод­ность 0,032 Вт/(м°С). Диаметр волокон 3-6 мм.

Используются также стеклянная вата и керамическая вата, получаемая из алюмосиликатных расплавов с содержанием А1203 не менее 45%.

Керамические теплоизоляционные изделия изготовляют путем формования, сушки и обжига. По сравнению с другими теплоизоля­ционными материалами они имеют высокую прочность и темпера - туростойкость до 900 °С. В качестве сырья используют диатомит, трепел, огнеупорную глину, перлит. Большая пористость создается путем введения в формовочную массу пенообразователей, выго­рающих добавок.

Для тепловой изоляции горячих трубопроводов используют теплоизоляционные материалы и изделия в виде сегментов и скор­луп, теплопроводность которых должна быть не более 0,06 Вт/(м °С). Это необходимо, потому что большая толщина теп­лоизоляции, а следовательно, большая кривизна ее поверхности при­водят к увеличению теплопотерь.

Неорганические жесткие изделия — диатомитовые, ячеисто­керамические, перлитокерамические — имеют температуростой - кость 900 °С.

Теплоизоляционные легкие бетоны (плотные и пористые) средней плотности 300... 150 кг/м3 получают на основе легких по­ристых заполнителей — вспученного перлита, пористого гравия, ке­рамзита, шлакостеклогранулята и другого минерального и реже ор­ганического связующего. К перлитовым изделиям, содержащим пер­литовый обжиговый заполнитель, относятся: легковес, перлитоби­тумные и битумно-перлитные изделия, перлитопластбетон, перли­тофосфатные изделия, поризованный перлитосиликат. Наиболее легкие теплоизоляционные бетоны — полистиролбетон и пенопо - лиуретанбетон — получают на основе вспученных гранул из бисер­ного полистирола, полиуретана и других полимеров.

Вулканитовые изделия изготовляют из смеси молотого диато­мита или трепела (около 60%), воздушной извести (20%) и асбеста (20%). Отформованные изделия подвергают автоклавной обработке, которая ускоряет химическое взаимодействие между кремнеземи­стым компонентом и воздушной известью, приводящее к образова­нию гидросиликатов кальция.

Совелит является у нас наиболее распространенным асбесто­магнезиальным материалом. Сырьем для производства совелита служат доломит (CaC03MgC03) и асбест (в количестве 15%). Доло­мит подвергают сложной переработке, которая включает обжиг, га­шение обожженного доломита, карбонизацию полученного доломи­тового молока с использованием газов, содержащих С02. Конечным продуктом химической переработки доломита является четырехвод­ный основный карбонат магния MgC03Mg(0H)2-4H20, который вме­сте с осажденным СаС03 составляет основу совелита. Сушка и прока­ливание имеют целью декарбонизацию магнезиальной составляющей. Благодаря прокаливанию снижается плотность и теплопроводность, а температуростойкость повышается. Совелит применяют для изоляции промышленного оборудования при температурах до 500 °С.

Теплоизоляционные цементные ячеистые (газо - и пено-) бе­тоны получают плотностью 100-500 кг/м3. Эти бетоны имеют низ­кую теплопроводность, достаточную марку по прочности, низкое водопоглощение, морозостойки, обладают хорошей гвоздимостью, повышенной огнестойкостью. Их используют для утепления наруж­ных ограждений в виде комбинированных плит или монолита, для изоляции трубопроводов и других конструкций.

Ячеистое стекло (пеностекло) вырабатывают из стекольного боя либо используют те же сырьевые материалы, что и для произ­водства других видов стекла: кварцевый песок, известняк, соду и сульфат натрия. Могут использоваться горные породы: трахиты, сиениты, нефелины, обсидианы. При спекании порошка стекольного боя с газообразователями — коксом и известняком — выделяется углекислый газ, образующий поры. Газообразующими добавками могут служить также мел или карбиды кальция и кремния. При вы­ходе из печи от непрерывно двигающегося бруса отрезаются блоки определенной длины, направляемые в печь отжига. Благодаря этому предотвращается возникновение внутренних напряжений, вызы­вающих растрескивание. Ячеистое стекло имеет в материале стенок крупных пор мельчайшие микропоры, обусловливающие малую теп­лопроводность при достаточно высокой прочности, водостойкости и морозостойкости. Ячеистое стекло — несгораемый материал с высо­кой температуростойкостью — 400 °С для бесщелочного до 600 °С; хорошо обрабатывается. Применяют для теплоизоляции тепловых сетей при их подземной бесканальной прокладки, для теплоизоляции стен, перекрытий, кровель, в конструкциях холодильников.

Стеклопор получают путем грануляции и вспучивания жидкого стекла с минеральными добавками (мелом, молотым песком, золой ТЭС и др.). Технологический процесс включает производство грануля - та — «стеклобисера» и его низкотемпературное (при 320-360 °С) вспу­чивание. Стеклопор выпускают трех марок: «СЛ» с рт~ 15-40 кг/м3, Я = 0,028-0,035 Вт/(м-°С); «Л» с Рт = 40-80 кг/м3; Я = 0,032-0,04 Вт/(м°С); «Т» с рт = 80-120 кг/м3; Я = 0,038-0,05 Вт/(м °С). В сочетании с различными связующими стеклопор используют для изготовления штучной, мастичной и заливочной теплоизоляции. Наиболее эффек­тивно применение стеклопора в наполненных пенопластах, так как введение его в пенопласт позволяет снизить расход полимера и зна­чительно повысить огнестойкость теплоизоляционных изделий.

Монтажные асбестовые материалы выпускают в виде листов и рулонов из асбестового волокна; иногда вводят наполнитель и не­большое количество склеивающих веществ (крахмала, казеина и др.), получая асбестовую бумагу, картон, шнур. Алюминиевую фольгу применяют в качестве отражателей, учитывая ее низкую из - лучательную способность, в воздушных прослойках слоистых огра­ждающих конструкций зданий и для теплоизоляции промышленного оборудования и трубопроводов при температурах до 300 °С.

Неорганические рыхлые материалы для мастичной теплоизо­ляции изготовляют из смеси волокнистых материалов (асбеста, ми­нерального волокна) с неорганическими вяжущими, затворяемыми водой. Их применяют для изоляции промышленного оборудования и трубопроводов с учетом их температуры.

Минераловатную смесь приготовляют из минеральной ваты, ас­беста, тонкодисперсной глины и портландцемента. Плотность изо­ляции в сухом состоянии — 400 кг/м, теплопроводность — не более 0,28 Вт/(м °С).

Асбестодиатомитовый порошок представляет собой смесь ас­беста (15%), молотого диатомита и трепела (85%), иногда с добавка -

ми других веществ (отходов производства асбоцементных заводов, слюды). Плотность теплоизоляции — 400-600 кг/м3, теплопровод­ность — 0,093-0,21 Вт/(м°С).

Совелитовый порошок — это смесь легкого основного углеки­слого кальция с асбестом, применяемая при температурах до 500 °С. Готовая совелитовая теплоизоляция имеет плотность 450 кг/м3 и теплопроводность не более 0,098 Вт/(м °С).

Асбестомагнезиальный порошок (ньювель) готовят в виде смеси легкого основного углекислого кальция с асбестом и применяют при температурах до 500°С.

Зернистые материалы применяют для теплоизоляционных за­сыпок. При температурах до 900 °С применяют: вспученный перлит в виде пористого песка плотностью 50-100 кг/м3 и теплопроводно­стью 0,04-0,05 Вт/(м °С); вспученный вермикулит в виде смеси пла­стинчатых зерен крупностью не более 15 мм, плотностью 100— 120 кг/м3 и теплопроводностью около 0,075 Вт/(м-°С): измельченные диатомиты и трепелы с крупностью зерен до 5 мм, плотностью 400- 700 кг/м3 и теплопроводностью 0,11-0,18 Вт/(м °С).

При температурах до 450-600 °С применяют гранулированную и стеклянную вату, дробленую пемзу и вулканический туф, топливные шлаки, получаемые при сжигании кускового топлива, топливные золы от сжигания пылевидного топлива, доменные гранулированные шлаки.