ТЕХНОЛОГИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специфические свойства минеральной ваты и изделий из нее

Минеральная вата представляет собой волокнистый материал, получаемый из силикатных расплавов. Сырьем для производства минеральной ваты служат многие гор­ные породы, металлургические шлаки, золы от сжигания каменных углей и торфа, а также смеси некоторых окис­лов (Si02 и А1203; Si02 и MgO; Si02 и СаО и др.). Ми­неральная вата, получаемая из смеси некоторых окис­лов, в основном предназначается для изготовления высо­котемпературных и огнеупорных изделий, применяющих­ся для устройства тепловой изоляции тепловых агрега­тов, способных выдерживать действие высоких темпера­тур (выше 1000° С).

Обычная минеральная вата, получаемая из металлур­гических шлаков и горных пород, как правило, приме­няется для производства теплоизоляционных изделий строительного назначения, а также для изоляции неко­торых видов котлов и теплопроводов, температура ко­торых не превышает 400—600° С.

При оценке качества минеральной ваты наряду со стандартными определениями объемной массы (средней плотности), теплопроводности, производят ряд специфи­ческих определений: устанавливают количество король­ков, измеряют толщину (иногда и длину) волокон, опре­деляют содержание битума или минеральных масел, а также серы, для огнеупорных волокон определяют мак­симальную температуру применения.

Знание этих характеристик позволяет полнее оцени­вать качество минеральной ваты и определять рацио­нальные области ее применения.

При испытании изделий из минеральной ваты тоже возникает необходимость проведения некоторых специ­фических определений, цель которых полнее охаракте­ризовать качество изделий, а также организовать кон­троль технологического процесса при их изготовлении. К таким определениям относятся выявление уплотняе - мости изделий под нагрузкой, определение коэффициен­та возвратимости (особенно важна эта характеристика для изделий, предназначенных для устройства компен­сационной тепловой изоляции, например, в воздухона­гревателях доменных печей), определение количества связующих веществ, содержащихся в изделиях.

Определение содержания корольков в минеральной вате. На свойства минеральной ваты большое влияние оказывает качество переработки расплава в минераль­ное волокно. В процессе переработки в силу различных причин не весь расплав превращается в волокна. Часть расплава не вытягивается в нити, а застывает в виде включений шаровидной, грушевидной или гантелеобраз - ной формы. Эти включения, называемые «корольками», в значительной степени ухудшают свойства минеральной ваты, увеличивая ее среднюю плотность и теплопровод­ность.

Содержание в минеральной вате корольков (частиц размером более 0,25 мм) определяют с помощью спе­циального прибора, изображенного на рис. 37, который представляет собой вращающийся вокруг горизонталь­ной оси цилиндр с отверстиями в стенках, заключенный в металлический кожух и снабженный емкостью для сбо­ра корольков.

И

Определение производят следующим образом. Из лю­бых трех упаковочных мест отбирают по одной навеске минеральной ваты массой 50 г каждая; взвешивание производят с точностью до 1 г. Навеску ваты прокали­вают в муфельной печи при температуре 600° С в тече­ние 30 мин, а затем помещают в цилиндр прибора, и приводят прибор во вращение на 15 мин (частота вра­щения вала прибора— 120 об/мин).

В процессе работы прибора часть ваты гранулирует­ся и остается в цилиндре прибора, другая часть в виде измельченных волокон и корольков проходит через от­верстия в стенках цилиндра и собирается в приемнике, расположенном под цилиндром. Измельченные волокна ваты удаляют из приемника струей воздуха (с помощью мехов), а корольки выгружают и просеивают через сито с отверстиями 0,25 мм. Остаток на сите взвешивают с точностью до 0,1 г. Зная массу навески (50 г) и массу корольков (результат взвешивания), определяют про­центное содержание корольков в данной навеске ваты. Содержание корольков в данной партии ваты вычисляют как среднюю арифметическую величину по результатам трех определений.

Определение среднего диаметра волокон минеральной ваты. Средняя плотность минеральной ваты, ее тепло-, проводность во многом зависят от диаметров волокон, составляющих эту вату. Установлено, что для различных температурных условий необходимо использовать вату с определенной толщиной волокон. Например, при вы­соких температурах (800—1000° С и выше) следует стре­миться к возможно большему снижению диаметра во­локна с целью уменьшения конвективного и лучистого Переноса тепла, поэтому знание этого показателя мине­ральной ваты часто бывает необходимым.

Диаметр волокон минеральной ваты определяют с помощью микроскопа при увеличении в 450—720 раз. Удобно пользоваться микроскопом МБ-9 (биологиче­ским). Он позволяет получать различное увеличение, так как в комплекте имеется набор объектов и окуляров различной степени увеличения.

Для определения линейных размеров предметов, рас­сматриваемых с помощью микроскопа, в окуляр вклады­вается линза с делениями (линеечка). Сравнивая раз­меры исследуемого предмета с делениями этой - линеечки, определяют размеры предмета.

При этом предварительно определяют цену делений линеечки. В каждом микроскопе имеется приспособление для определения цены деления линеечки окуляра — объ­ект-микрометр. Это металлическая пластинка с вмон - І тированным в нее стеклышком, на котором нанесены 1 деления размером 0,01 мм. .1

Объект-микрометр. устанавливают в зажимы предмет­ного столика микроскопа.'Затем, добившись с помощью регулировочных винтов такой установки микроскопа, при которой получается отчетливое изображение деле­ний объект-микрометра и линеечки окуляра, наложен­ных друг на друга, определяют цену деления линеечки I. Для этого на условном интервале а, границы которого определяются совпадением делений объект-микромет­ра и линеечки, подсчитывают количество делений объ­ект-микрометра N и линеечки п. Цену деления линеечки определяют (мм)

L = N-0,0/п / = 0,01лм000/я.

После этого из десяти различных мест пробы мине­ральной или стеклянной ваты берут навески массой по 1 г каждая. Все отобранные навески смешивают путем их легкого встряхивания в картонной коробке, а затем, разделяют на десять примерно равных частей. Каждую ; часть рассматривают под микроскопом, определяя диа- ; метр 10 волокон. Средний диаметр волокон ваты вычис - : ляют как среднюю арифметическую величину по резуль­татам 100 определений.

Каждое определение производят следующим образом. На предметное стекло микроскопа помещают испыту­емый образец ваты, укладывая волокна в одном направ­лении. Для предотвращения возможного сдвига волокон | на предметное стекло предварительно наносят каплю 1 эмерсионной жидкости, которая закрепляет вату на стек - | ле. Пользуясь окуляром, цена делений линеечки которо­го известна, производят измерения, при этом предметные стекла с испытуемой ватой путем поворота столика микроскопа устанавливают таким образом, чтобы волок­на ваты располагались перпендикулярно шкале окуляр­ной измерительной линейки. Одновременно вычисляют ; процентное содержание волокон, толщина которых пре - 1 вышает 15 мкм.

Определение содержания органических связующих веществ или минеральных масел в минеральной вате. В соответствии с действующими в СССР стандартами

Содержание битума или минеральных масел в минераль­ной вате допускается не более 1 % по массе. Повышенное содержание этих веществ делает вату непригодной для применения при высоких температурах, так как в этом случае минеральные масла и битум могут возгораться.

Качество минераловатных изделий во многом зависит от содержания в них органических связующих веществ.

Определение содержания органических вяжущих ве­ществ в изделиях, а также битума или минеральных ма­сел в минеральной вате производят следующим образом.

Из трех упаковочных мест берут по три навески ми­неральной ваты по 5 г каждая. Навеску ваты высуши­вают до постоянной массы при температуре 105—110°С и затем взвешивают с точностью до 0,01 г. Навеску по­мещают в муфельную печь и прокаливают при темпера­туре 500—600° С до полного выгорания битума или ми­неральных масел, что характеризуется постоянством массы пробы после очередного прокаливания в течение 15 мин, и снова взвешивают, определяя массу ваты по­сле прокаливания.

Содержание связующих веществ в минераловатных изделиях определяют, используя те образцы, на которых производилось определение влажности изделий. Их про­каливание проводят так же, как прокаливание навесок минеральной ваты. Испытание считается законченным, если результаты взвешивания после повторного прокали­вания совпадут с предыдущими результатами или разни­ца будет составлять не более 0,02%. Содержание орга­нических веществ или минеральных масел подсчитыва­ют, %

ТП-2

Где Ш — масса высушенной навески ваты или образ­цов, г; т2— масса навески ваты или образцов после прокаливания, г.

Содержание битума или минеральных масел в пар­тии ваты вычисляют как среднее арифметическое по ре­зультатам девяти определений, а содержание органиче­ских связующих веществ в минераловатных изделиях — как среднее арифметическое по результатам двух опре­делений (двух партий образцов).

Для определения водостойкости минеральной ваты из разных мест пробы берут среднюю пробу массой 15— 20 г.

93

Эти пробу помещают-в фарфоровую чашку и с целью

Удаления органических веществ прокаливают в муфель­ной печи при температуре 600° С в течение 15 мин. Часть прокаленной пробы в количестве 5 г измельчают в фар­форовой ступке до порошкообразного состояния и просе­ивают через сито № 0,05. Порошок в количестве 0,5 г, взвешенный с точностью до 0,01 г, переносят в стакан емкостью 150 м3, увлажняют несколькими каплями эти­лового спирта и добавляют 100 см3 раствора соляной ки­слоты концентрацией 0,01 Н.

В стакан опускают стержень электромеханической мешалки и электроды рН-метра, включают мешалку и десятиминутные песочные часы. При отсутствии мешалки перемешивание можно производить вручную. Через 10 мин записывают значение рН.

Водостойкость минеральной ваты оценивают по сред­неарифметической величине рН результатов трех опре­делений, при этом погрешность в определении рН не должна быть более ±0,2.

Температуроустойчивость определяют следующим образом. Металлическую форму размером 80X80X80 мм заполняют минеральной ватой. Плотность заполнения должна в 1,5 раза превышать ее среднюю плотность.

На поверхность образца устанавливают металличе­ский штамп с размером основания 60x60 мм и массой 0,72 кг. Заполненную ватой форму со штампом помеща­ют в муфельную печь с терморегулятором, температуру которой повышают со скоростью 5° в минуту, и опреде­ляют температуру, при котором величина погружения штампа достигнет 8 мм. Это свидетельствует о размяг­чении волокон.

Остаточная деформация сжатия плит весьма важный показатель, характеризующий поведение этих изделий в реальных условиях (при хранении в штабелях, при транспортировании, и т. п.). 4<ем выше остаточная де­формация сжатия, тем ниже качество изделий и их теп­лоизоляционные свойства.

Для определения сжимаемоісти изделий применяют прибор, приведенный на рис. 38. Масса подвижной ча­сти 2 прибора составляет 0,5 кг, а суммарная масса под­вижных частей 2, 3, 7 и 4 вместе со стержнем 5 равна 2,0 кг,

Перед испытанием прибор устанавливают по уровню в строго горизонтальное положение во избежание излиш­него трения подвижных частей и снижения нагрузки.

Для испытания из изделий вырезают образцы раз­мером в плане 100x100 мм и толщиной, равной толщине изделия.

Испытуемый образец укладывают на основание 1 прибора, после чего на его поверхность с помощью вин­та 4 опускают пластинку 2. Линейкой 8 замеряют тол­щину образца H. Затем с помощью винта 6 опускают пластину 3. Массой пластин 2, 3 и 7, винта 4 и стержня 5 Создается удельная нагрузка на образец, равная 0,002 МПа.

Под этой нагрузкой образец выдерживают в течение 15 мин, после чего измеряют его толщину hi указате­лем 9 и линейкой 8.

Сжимаемость вычисляют с точностью до 0,1%: П h — hi

100.

H

Результат определяют по трем измерениям как сред­неарифметическую величину.

Определение упругого сжатия (коэффи­циента возвратимости). Данное испытание проводят,

Пользуясь тем же прибором (рис. 38), и изготовляют та­кие же образцы, как и в предыдущем случае.

Толщину образца H определяют под удельной на­грузкой 0,0005 МПа, опуская на его поверхность пли­ту 2. После этого образец нагружают, опуская на него все подвижные части прибора и устанавливая на пласти­ну 7 груз массой 8 кг. Таким образом удельная нагруз­ка на образец составляет в этом случае 0,01 МПа. Под

Этой нагрузкой образец выдерживают 15 мин, после чего всю подвижную часть, включая плиту 2, поднимают и за - • крепляют винтами 6 и 4. Через 15 мин после снятия груч за вновь опускают пластину 2 на образец и оставляют: ее в этом положении в течение 5 мин, затем по шкале 8 Определяют толщину образца (Hi).

Упругое сжатие (коэффициент возвратимости Д"в) вычисляют с точностью до 0,01 МПа:

KB=hJh,

Где H — толщина образца под нагрузкой 0,0005 МПа, мм; h — толщина образца после снятия нагрузки 0,01 МПа, мм.

Определение гибкости изделий. Прибор для определения гибкости изделий изображен на рис. 39. Он состоит из горизонтального стержня, закрепленного на

Двух вертикальных стойках 2 и 6, расположенных на основании 1. На стержень насажены четыре валика 4 С размерами по наружному диаметру 57, 108, 159 и 219 мм и длиной 100 мм каждый.

Для испытания подготавливают образец размером в плане 300x100 мм и толщиной, равной толщине изде­лия, из которого он вырезан. Подготовленный образец закрепляют одним концом на валике диаметром 219 мм с помощью прижимного устройства 3 и 5, перемеща­ющегося в вертикальной плоскости по стойкам 2 и 6. После этого его медленно изгибают по поверхности ва­лика. Если при этом на образце не появляются трещи­ны, то испытания продолжают, закрепляя его на валике диаметром 159 мм, затем при этих же условиях на вали­ках диаметрами 108 и 57 мм.

Показатель гибкости образца принимают по наимень­шему диаметру валика, на котором при изгибании образ­ца на его поверхности не будут образовываться трещины.