ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Оптимизация волокнистой структуры

Пористость теплоизоляционных волокнистых материалов скла­дывается из межволокнистой пористости и пористости самих воло­кон. Подавляющее количество волокнистых теплоизоляционных ма­териалов производится из волокон, пористость которых практически равна нулю (минеральных, стеклянных, муллитокремнеземистых). Поэтому применительно к ним оперируют понятием межволокнис­той пористости, называя ее волокнистой. Поры в материалах с во­локнистой структурой имеют неопределенную форму и представля­ют собой сообщающуюся систему воздушных полостей, в которой замкнутые поры отсутствуют.

Теплопроводность таких материалов во многом зависит от раз­мера пор, определяющего вклад конвективного переноса теплоты. Уменьшение размеров пор достигают простым приемом — снижени­ем диаметра волокон, ибо чем тоньше волокно, тем больше число волокон в единице объема материала (при постоянной массе твер­дой фазы) и, следовательно ниже конвективный теплоперенос. Кро­ме того, чем тоньше волокно, тем меньше площадь контакта между волокнами и тем больше этих контактов, что повышает сопротивле­ние материала передаче теплоты. Поэтому для повышения тепло­изоляционных свойств волокнистых материалов необходимо стре­миться к уменьшению диаметра волокон.

Однако обеспечение необходимых строительно-эксплуатацион­ных свойств волокнистых материалов такого типа ставит определен­ные ограничения этому фактору. Дело в том, что диаметр стекло­видных волокон оказывает большое влияние на стабильность комп­лекса свойств волокнистых материалов. С одной стороны, уменьше­ние диаметра волокон приводит к повышению их прочности при разрыве. Это объясняется повышенной дефектностью поверхности более толстых волокон и в связи с этим большим проявлением эф­фекта Ребнмдера, что предопределяет интенсивную потерю прочно­сти толстыми волокнами во времени при их увлажнении. Это поло­жение хорошо иллюстрируют данные Ю. А. Боброва, приведенные в табл. 5.3.

Установлено, что теплоизоляционные материалы, изготовленные из более тонких волокон, обладают лучшими теплофнзическнмн и строительными свойствами, в том числе меньшей средней плотно­стью, большей упругостью, бо­лее высокой прочностью при изгибе и др.

С другой стороны, сущест­вует некоторый предел, после которого уменьшение диамет­ра волокон негативно ска­зывается на эксплуатацион­ных и теплофизнческих свой­ствах волокнистых материалов (рис. 5.4). Это объясняется

И 11 dмкм снижением жесткости и упру-

' гости очень тонких волокон,

Рис. 5.4. Влияние диаметра минераль - "X слеживаемостыо В процессе ного волокна на среднюю плотность эксплуатации и, следователь - н теплопроводность минераловатиых НО, ростом средней ПЛОТНОСТИ изделии и снижением пористости. Сле­

Довательно, диаметр волокон подлежит оптимизации в зависимости от вида волокна и условий службы изделий в конструкции.

Сечение волокон должно быть круглым, так как в этом случае, во-первых, уменьшается масса твердой фазы в единице объема ма­териала и, во-вторых, становится меньше площадь контактов меж­ду волокнами, что снижает теплопроводность через волокна. Волок­на, применяющиеся для изготовления теплоизоляционных материа­лов, в подавляющем большинстве имеют круглое сечение или близкое к нему.

Вместе с тем существуют материалы, для изготовления которых применяют волокно эллиптического сечения к близкого к плоскому (некоторые виды огнеупорных волокон, древесная шерсть II т. п.).

По теплофизическнм характеристикам оптимальна неровная

(рыхлая) поверхность волокон, так как при этом еще больше уменьшается площадь контактов между волокнами. Особенно силь­но это проявляется при высоких температурах. Однако рыхлый поверхностный слой снижает прочность и упругость волокон. Кроме того, при изготовлении изделий на связующем такая поверхность требует большего расхода связки, что приводит к увеличению сред­ней плотности, теплопроводности и, как правило, повышению стои­мости изделий.

Нерационально использовать волокна с резким перепадом тол­щины (с периодическим профилем). Такие волокна хотя и обеспе­чивают' повышение прочности волокнистого ковра за счет зацепле­ния волокон друг с другом, но вместе с тем вызывают преждевре­менное разрушение волокон по «ослабленному» сечению и ухудшение всех свойств материала.

Таким образом, оптимальной волокнистой структурой является структура с минимальным содержанием твердой фазы в виде длин­ных волокон малого диаметра, обеспечивающая упругость и несле - живаемость волокнистого каркаса при заданных нагрузках Рацио­нальная длина волокон определяется технологией изделий, а диа­метр— прочностными и упругими свойствами волокна. Волокна должны быть круглого сечения с плотной гладкой поверхностью, без резкого перепада диаметра по всей их длине.