Строительные материалы и изделия

Теплоизоляционные материалы на основе стекла и минерального волокна

Пеностекло. Пеностекло получают спеканием тонкомолотого стекла, смешанного с небольшим количеством (1...5%) кокса или карбонатных пород, выделяющих газообразные продукты при температуре размягчения стекла и вспенивающих массу. В качестве сырья могут использоваться стекловидные горные породы (тра­хит, обсидиан, вулканический туф) или стеклянный бой. Тогда в технологическом процессе отсутствуют варка стекломассы и ее грануляция. Температура обжига зависит от состава сырья и со­ставляет обычно 600... 1 000°С. Повышение температуры при об­жиге осуществляется быстро (за 2...3 ч), а охлаждение медленно (до 20 ч). Медленное охлаждение (отжиг) исключает возникнове­ние внутренних напряжений. Охлажденные изделия распиливают и оправляют на циркульных пилах.

Плотность пеностекла составляет 150...700 кг/м3; коэффици­ент теплопроводности — 0,05...0,17 Вт/(м • °С); предел прочности при сжатии — 1... 15 МПа. Пеностекло может иметь значительное водопоглощение (5... 15%), поэтому в конструкциях его гидро - изолируют.

Пеностекло легко обрабатывается, склеивается вяжущими, обладает гвоздимостью. Получают также окрашенное пеностекло (черное, серое, фиолетовое, зеленое, синее), которое использу­ют для декоративно-акустических целей в виде облицовочных плит (иногда перфорированных). Недостатком пеностекла является его высокая стоимость.

Минераловолокнистые утеплители. В строительной практике принято различать минеральную вату, получаемую из шлаков или горных пород, и стекловату. По технологии получения и свой­ствам стеклянная и минеральная ваты имеют много общего. Сы­рьем для производства волокнистых утеплителей служат горные породы, металлургические доменные шлаки и стеклянная ших­та.

К горным породам, используемым при производстве минераль­ной ваты, относятся наименее кислые из магматических горных пород: габбро, диабаз, базальт.

Доменные шлаки являются побочным продуктом при получе­нии чугуна и состоят в основном из силикатов и алюмосиликатов кальция и магния. Их химический состав характеризуется содер­жанием следующих оксидов: CaO, MgO, Si02 А1203, Fe203 и др.

Шлаковую вату получают также из ваграночных, мартеновских шлаков и шлаков цветной металлургии.

Стеклянная шихта состоит из того же сырья, что и шихта для обычного стекла, с добавлением стеклобоя (отходов стекла).

Волокна минеральной ваты обычно имеют длину от 2 до 10 мм, их диаметр не превышает 8 мкм. Содержание неволокнистых вклю­чений (корольков), к которым относятся частицы размером более 0,25 мм, может составлять в зависимости от марки ваты не более

12.. .25 %. Максимальная температура эксплуатации минеральной ваты (без связующего) не должна превышать 600 °С, чтобы не произошло ее размягчения.

Стекловолокно бывает непрерывным и штапельным (длиной до 2 м). Непрерывное стекловолокно используют для получения армирующих наполнителей для пластмасс и других материалов в виде стеклянных нитей, ровингов, стеклотканей, стеклошпона и др. Для текстильной переработки применяют волокна диаметром

3.. .14 мкм. Теплоизоляционные изделия изготавливают преиму­щественно из штапельного стекловолокна, которое в зависимос­ти от диаметра подразделяется на микротонкое (менее 0,5 мкм), ультратонкое (0,5... 1,0 мкм), супертонкое (1...3 мкм), тонкое (3...11 мкм), утолщенное (11...20 мкм) и грубое (более 20 мкм).

Свойства стекловаты немного отличаются от свойств минераль­ной ваты. Стекловата обладает повышенной упругостью и не уплот­няется при вибрации, содержит очень мало неволокнистых включе­ний. Некоторые виды стекломатов при упаковке в рулоны сжимают до 75...40% от исходного объема. После распаковки стекловата благодаря упругости восстанавливает первоначальную толщину. Прочность стекловолокон на растяжение (Rp = 20...25 МПа) выше, чем минеральных, а температуростойкость (450 °С) ниже. Плот­ность и теплопроводность практически такие же, как у мине­ральной ваты.

Переработка расплава в волокно производится различными способами при обязательном условии стеклообразного (не крис­таллического) состояния волокон. Для этого расплав при вытяги­вании волокон подвергают очень быстрому охлаждению в течение (7... 10) 10-4 с. Способность расплава к волокнообразованию оп­ределяется в основном его вязкостью и поверхностным натяже­нием. Высокое поверхностное натяжение расплава способствует образованию корольков — каплевидных включений в минераль­ной вате. Высокая вязкость затрудняет переработку расплава в во­локна.

Оксиды Si02 и А1203 повышают, а CaO, MgO, Fe203 понижают вязкость расплава. Оксиды А1203, Fe203 повышают его поверхност­ное натяжение. Главным критерием при подборе компонентов шихты является модуль кислотности, равный отношению содержа­ния, %, кислотных оксидов к содержанию основных: Мк = (Si02 + + А1203)/(Са0 + MgO). При Мк < 1 сырье называют основным, а при Мк >1 — кислым.

С повышением Мк повышается водостойкость и химическая стойкость минеральной ваты. Минеральная вата Rockwool и Рагос, получаемая из горных пород, имеет Мк> 2. У шлаков Мк = 0,90... 1,16, поэтому к шлакам добавляют корректирующие компоненты. Шла­ковая вата менее долговечна, чем каменная.

Хорошей волокнообразующей способностью расплавы облада­ют при вязкости 5... 20 Па • с. Шлаковое сырье обеспечивает полу­чение указанной вязкости при температуре около 1 400 °С, а гор­ные породы — при температуре около 1 500 °С.

При дутьевом способе получения волокна вытекающая вниз из фильеры (отверстия) струя расплава раздувается на тонкие нити (2... 10 мкм) двумя встречными струями пара или воздуха, на­правленными вниз под углом к струе.

При центробежном способе струя жидкого расплава поступает на быстровращающийся (со скоростью 10 000 мин-1) диск цент­рифуги и под действием центробежной силы сбрасывается с него, распыляясь в волокна.

При центробежно-валковом способе расплав с температурой около 1 400 °С, вытекая из фильеры, проходит через систему го­ризонтальных вращающихся валков. Попадая на край верхнего вал­ка, расплав отбрасывается на расположенный ниже валок — и так несколько раз.

Центробежно-дутьевой способ сочетает в себе центробежное диспергирование расплава с последующим раздувом в волокна.

При центробежно-фильерно-дутьевом способе расплав поступа­ет в чашу вращающейся центрифуги, имеющей большое количе­ство отверстий диаметром 0,2... 2,0 мм. Под действием центробеж­ной силы расплав продавливается через отверстия и отбрасывает­ся в виде тонких струек, которые раздуваются в волокна. При этом способе получают практически бескорольковую вату с диаметром волокон 1 ...2 мкм.

Способ раздува первичного волокна позволяет получать штапель­ное стеклянное волокно диаметром 0,2...0,6 мкм. Первичные во­локна вводят вдоль направления движения газового потока (рис. 7.6). Двухсекционная камера сгорания 3 снабжена водоохлаждае­мыми соплами с щелями размером 3x200 мм. Угол между направ­лением оси щели сопла и первичными волокнами составляет 8°. Первичные волокна диаметром 90... 140 мкм вытягиваются со ско­ростью 7,7 см/с валками 9 и подаются в камеру раздува. По мере удаления от сопла температура падает, а вязкость расплава растет. На расстоянии 15 и 40 мм температура составляет соответственно 1430 и 940°С, вязкость — 22,4 и 501 Па-с. Диаметр вторичных волокон зависит от скорости газового потока, скорости подачи и диаметра первичных волокон.

Изделия из минеральной ваты подразделяются на штучные (пли­ты, цилиндры, полуцилиндры, сегменты), рулонные (маты про­шивные и на синтетическом связующем), шнуровые (шнуры, жгуты) и сыпучие (гранулированная вата).

Связующие вещества, применяемые для получения минерало­ватных изделий, — это в основном битумы и синтетические смо­лы. Наиболее широко применяют фенолоформальдегидные и кар­бамидные смолы и поливинилацетатную эмульсию. Более пред­почтительным является фенольное связующее, поскольку карба­мидное связующее обладает меньшей водостойкостью.

Материалы горизонтально-слоистой структуры. Полученные во­локна (см. рис. 7.6), увлекаемые потоком воздуха, прокачиваемого сверху вниз через камеру волокноосаждения 8, оседают на при­емный конвейер 6 и образуют стекловатный ковер 7. При выходе из камеры волокноосаждения слой ваты подпрессовывается вал­ком и закатывается в рулоны либо передается на дальнейшую об­работку.

При изготовлении рулонного материала, мягких и полужест - ких плит связующее 4 наносят на волокна распылением в камере

Рис. 7.6. Схема получения стеклянного
волокна:

1 — электропечь, 2 — рама установки; 3 — камера сгорания; 4 — связующее; 5 — гидро - фобизатор; 6— приемный конвейєр; 7— стек­ловатный ковер; 8 — камера волокноосажде - ния; 9 — механизм вытягивания

волокноосаждения. Для придания минераловатным изделиям водооттал­кивающих свойств их одновременно обрабатывают гидрофобизатором 5, подавая его в камеру волокноосаж­дения.

При получении жестких и твердых минераловатных изделий используют способ пролива, при котором связу­ющее плоской струей подается на минераловатный ковер по всей его ширине. Для проникания свя­зующего в глубь ковра под ним создается вакуум. Излишки связу­ющего отжимаются уплотняющим валком.

Материалы пространственной структуры. Материалы простран­ственной структуры получают мокрым способом, при котором волокна смешивают с раствором или эмульсией связующего, фор­муют минераловатный ковер и подвергают его тепловой обработ­ке. Прочность на сжатие минераловатных изделий возрастает с ростом количества вертикально ориентированных волокон. Этим способом изготавливают плиты повышенной жесткости (ППЖ).

Материалы вертикальной слоистости. Они обладают наиболь­шей прочностью при сжатии, но теплопроводность их на 15... 20 % выше, чем у плит с горизонтальной слоистостью. Способы полу­чения таких материалов основаны на принципе, показанном на рис. 7.7, а. Плиты с горизонтальной слоистостью складывают в пакет и склеивают между собой, а затем разрезают по линии А—А. Материалы гофрированной структуры (рис. 7.7, 6) имеют высо­кую прочность и низкую теплопроводность. Гофрирование осуще­ствляется автоматическим гофрировщиком, устанавливаемым между камерами волокноосаждения и тепловой обработки.

Минераловатные плиты с горизонтальной слоистостью. Мине­раловатные плиты с горизонтальной слоистостью на синтетиче­ском или битумном связующем выпускаются марок 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250. Марка означает верхний предел сред­ней плотности материала, кг/м3. Теплопроводность составляет 0,044...0,064 Вт/(м К); сжимаемость — от 45 до 3 %. Сжимаемость определяют по формуле

h = (Н- #о)100/#0,

где Я0 и Н — толщина образца при удельной нагрузке соответ­ственно 0,5 и 2,0 кПа.

Плиты выпускаются толщиной 40... 150 мм и размерами до 2х 1 м. Плиты марок выше 175 при условии гидрофобизации можно при­менять в качестве основания под кровельное покрытие без уст­ройства цементной стяжки.

Плиты повышенной жесткости. Их изготавливают только на синтетическом связующем по технологии либо мокрого формова­ния из минераловатной гидромассы с добавкой гидрофобизатора (плиты марки ППЖ-200), либо сухого формования гофрирован­ной структуры (плиты марок ППЖ-ГС-175 и ППЖ-ГС-200). Во­до поглощение этих плит по массе не превышает 30...40 %. Плиты предназначены для теплоизоляции перекрытий и покрытий без устройства стяжки и выравнивающего слоя, однако контакт изде­лий с воздухом должен быть исключен.

Маты минераловатные прошивные и шнуровые материалы. Их изготавливают без применения связующих веществ. Шнуры (жгу­ты) получают путем набивки ваты в оплетку, выполненную из стеклянных или хлопковых нитей. При изготовлении прошивных матов минераловатный ковер обкладывают стеклотканью, стек - лосеткой, асбестовой тканью, бумагой, картоном, металличе­ской сеткой и прошивают стеклянными или хлопковыми нитями. Маты могут изготавливаться и без обкладок. Выпускаются маты марок 75, 100 и 125. Размеры матов: длина —1...6 м; ширина — 0,5... 1,0 м; толщина — 40... 120 мм. Теплопроводность матов — от 0,044 до 0,046 Вт/(м - К); сжимаемость — от 55 до 30 %.

Изготовители и поставщики минераловатных теплоизоляцион­ных материалов: АО «Термостепс», АО «Комат» (г. Ростов), Бо - кинский ЗТМ, Назаровский завод ТИМ, Мальтинский ЗСМ, ЗАО «Минеральная вата» (плиты РУФ БАТТС), АКСИ (г. Челябинск),

Рис. 7.7. Получение структуры с
вертикальной слоистостью:

а — склеивание и разрезание (А—А); б
гофрирование

Пермский ЗТИ и др. Из иностранных производителей широко известна продукция фирм Рагос (Финляндия), Rockwool (Дания) и др.

Стекловатные изделия. Их выпускают в виде плит и матов. Пли­ты для верхнего (защитного) слоя имеют соединение «шпунт— гребень» и ветрозащитную облицовку из нетканого материала, алюминиевой фольги или стеклохолста. Гидрофобизованные из­делия имеют в маркировке букву Г после обозначения плотности. Широко известны изделия фирм ISOVER (Финляндия), URSA («Флайдерер-Чудово», Новгородская обл.) и др.