Мінвата та вироби на її основі

До неорганічних ТІМ відносяться: мінеральна вата та вироби на ії основі, ніздрюваті бетони, ніздрювате скло, спучені перліт і вермикуліт і вироби на іх основі та ін.

Основни видом ТІМ є мінвата та вироби на ії основі, вони становлять більше 50% від загального об”єму всіх ТІМ. Мінвата - це пухкий матеріал, що складається з тонких склоподібних хаотично перепутаних волокон і неволокнистих включень затверділого розплаву, так званих корольков. Пористість минваты досягає 95-96%, що визначає її високі теплоізоляційні властивості.

ЗВЕРНІТЬ УВАГУ! NB!

Мінвата і вироби на її основі – головні і найбільш ефективні теплоізоляційні матеріали. Виробництво мінвати і виробів на її основі складає більш половини загального обсягу випуску теплоізоляційних матеріалів.

Об’єм і розмір пор мінвати залежать від ступеня ущільнення і діаметра волокон. Діаметр волокон обмежений стандартом і не повинний перевищувати 8 мкм. Довжина волокон коливається в межах 2-300 мм.

Середня густина мінвати визначається в ущільненому стані при питомому навантаженню 0,002 МПа і залежить від середнього діаметра волокна, вмісту корольков. Стандартом передбачений випуск вати марок 75, 100, 125. Вміст корольков розміром понад 0,25 мм обмежується відповідно 12, 20, 35%. Коефіцієнт теплопровідності мінвати не повинний перевищувати 0,045 Вт/(м×°С).

Водопоглинання мінвати при зануренні в воду досягає 600%, гигроскопічність коливається від 0,2 до 2%. Мінвата не є сприятливим середовищем для розвитку грибків. Однак під дією органічних кислот, які виділють грибки, мінвата може руйнуватися. Грибостійкість мінвати збільшується при підвищенні загальної кислотостійкості волокон.

У залежності від хімскладу розскловання (кристалізація) вати відбувається при температурі від 500 до 1100°С. Температура розскловання приблизно відповідає температурі початку розм'якшення скла, а стійкість скла залежить теж від хімскладу - чим більш кисле скло, тим воно більш стійке.

У залежності від виду сировини і способу виробництва мінволокно підрозділяється на: рядове з температурою застосування до 600°С; скляне волокно з температурою застосування до 400°С; высокотемпературне і вогнетривке з температурою застосування відповідно до 1000 і 1200°С.

Сира, пухка мінвата має ряд недоліків: вона здатна ущільнюватися, неіндустріальна і негігієнічна при укладанні. Тому основна частина мінваты використовується для виготовлення виробів. Вони підрозділяються на:

штучні (плити, циліндри, напівциліндри, сегменти);

рулонні (мати прошивні і на синтетичному зв’язуючому), шнурові (шнури і джгути) в опльотці з скляних або полімерних ниток.

Прошивні мати виготовляють шляхом обкладки шару минваты гнучкими матеріалами (водонепроникний папір, склотканина, склополотно).

Для виробництва мінвати застосовуєть, звичайно, багатокомпонентну сировину - вивержені гірські породи: діабази, базальти, габро, а також доменний чи ваграночний шлаки й ін. матеріали.

Шихта повинна забезпечувати визначену температуру плавлення і необхідну в'язкість силікатного розплаву, а також довговічність волокна. Ці властивості розплавів і готового волокна однозначно визначаються хімскладом. При збільшенні кислотності шихти (більше кислих оксидів SiО₂ і Аl₂O₃) збільшується температура плавлення і в'язкість силікатного розплаву, збільшується водо- і кислотостійкість волокна, воно стає більш міцним і гнучким.

Для одержання звичайної минваты використовуються шихти приблизно наступного хімскладу, % маси: SiО₂ 45-65, Аl₂О₃ 10-20, Fe₂О₃ + FеО 10-15, СаО 5-15, МgО 5-15, R₂О 1-3.

Для виплавки силікатного розплаву використовуються: шахтні (ваграночні), ванні, електродугові і конверторні печі. Шахтна піч (вагранка) найбільш расповсюджена і являє собою циліндричну конструкцію, що складається з зовнішнього сталевого кожуха діаметром 1000-1400 мм і висотою 20-25 м. На 3/4 висоти кожух усередині футерован вогнетривкою (шамотною) цеглою. В нижній частині печі розташована зона горіння палива (горн) і зона накопичення розплаву. Обидві ці зони захищені ватержакетом, що складається з двох сталевих циліндрів, між якими для охолодження циркулює вода з температурою не більш 85°С. У верхній частині печі встановлений сталевий іскрогасник з патрубком для видалення пилу. У середній циліндричній частині вагранки є завантажувальне вікно.

Нижня частина ватержакета завантажується кусковим коксом («холоста калоша»). В цю зону немає доступу кисню, кокс не горить і сприймає навантаження від вищележачого шару шихти. Крім того, кокс, що складається, в основному, із графіту, має дуже високу температуру плавлення і хімічно інертний стосовно силікатного розплаву. Саме в порожнечах між кусками коксу скопичується силікатний розплав. Безпосередньо в днищі вагранки розташований отвір - льотка діаметром 35-80 мм для випуску розплаву.

Через завантажувальне вікно послойно завантажується паливо - кокс і сировинна суміш. Унизу, над «холостою калошею», по периметру вагранки розташовані спеціальні отвори - фурми, через які подається повітря, необхідне для горіння палива. Зона горіння палива знаходиться над фурмами. Вагранка працює за принципом противотока - продукти згоряння піднімаються нагору, сировина з паливом переміщується вниз.

Вагранки прості по конструкції, характеризуються досить високим коефіцієнтом користної дії, відрізняються високою продуктивністю і порівняно малими габаритами.

Силікатний розплав переробляють у волокно такими способами: пародуттьовим, відцентрово-валковим, відцентрово -дуттьовим, фильерно- дуттьовим.

Пародуттьовий спосіб, полягає в тім, що на струмінь розплаву, що виходить із плавильної печі, попадає струмінь енергоносія, що рухається зі швидкістю 400-800 м/с. Як енергоносій застосовують перегріту чи суху пару під тиском до 0,6 Мпа. Під дією енергоносія струмінь розплаву дробиться на дрібні струмки, що частково витягаються у волокно, а частково випадають у виді неволокнистих включень – «корольков». Отримане в такий спосіб волокно попадає в камеру волокноосадження. Достоїнства способу - простота і надійність, недолік - велика витрата пари і невисока якість вати.

Відцентрово -дуттьовий спосіб - основний у виробництві мінваты. Їм переробляється більш 90% мінеральної вати. При цьому способі використовують одну чашеобразну центрифугу. Розплав з льотки через прийомний лоток стікає на внутрішню бічну поверхню чашеобразної центрифуги, при швидкому обертанні якої (3000 об/хв.) розплав рівномірно розподіляється по її периметрі, утворюючи тонку плівку. Під дією відцентрової сили розплав зривається з краю чаші в вигляді окремих плівок, струмків, крапельок. Навколо чаші, на відстані 10-15 мм знаходиться нерухоме порожнє дуттьове кільце, по колу якого з кроком 20 мм розташовані отвіри діаметром 2-4 мм. Через отвіри цього кільця подається енергоносій (стиснені пара або повітря), під дією якого розплав від чаші витягується в волокна і попадає в камеру волокноосадження.

Найбільш розповсюдженої є горизонтальна конструкція камери. Вона являє собою ізольований сталевий каркас прямокутного перетину довжиною 10 м, шириною 2 і висотою 3,5 м. По всій довжині нижньої частини камери проходить сітчастий конвейєр, на якому осаджуються волокна, формується мінераловатний килим і вилучається з камери на наступну переробку в вироби. Килим, що виходить з камери, ущільнюється підпресовкою спеціальним валком.

Гази і паро-повітряна суміш вилучаються з камери вентилятором (дымососом), який відсмоктує їх з камери на рівні, що знаходиться нижче сітчастого конвейєра. В результаті в камері створюється розрядження, що сприяє осадженню мінволокна і перешкоджає улученню волокна в робоче приміщення поза камерою. Швидкість сітчастого конвейєра регулюється від 0,3 до 3,5 м/хв.

Способи одержання виробів, що мають визначену форму і розміри, з мінвати засновані, головним чином, на склеюванні волокон між собою в місцях їхнього контакту різними зв’язуючими. В якості зв’зуючих використовують синтетичні матеріали (фенолоформальдегидна та мочевиноформальдегідна смоли, полівінілацетатна дисперсія), бітум і різні композиційні сполучення.

Зв’зуючі вводять у волокно способами: пульверизації, полива з вакуумірованням, приготуванням гідромаси або пульпи («мокрий» спосіб).

Перший спосіб використовують на більшості підприємств. Водяний розчин або емульсію зв’язуючого подають у камеру волокноосадження, де вони розпорошуються паровими соплами, повітряними чи механічними форсунками. Недолік способу - великі втрати зв’язуючого при розпиленні (до 30%) і нерівномірний його розподіл у минераловатному килимі.

При другому способі введення зв’язуючого здійснюють шляхом поливу мінераловатного килима по всій ширині з одночаснимо вакуумированням. Зв’язуюче, яке пройшло через килим збирається у ванну, розташовану під ним. Вакуумировання килима збільшує збір зв’зуючого в цю ванну.

При мокрому способі пластівці чи гранули мінвати змішуються зі зв’язуючим при концентрації вати по масі до 10%.

Минераловатный килим, просочений синтетичним зв’язуючим, отверджується при проході через спеціальну камеру теплової обробки. Килим транспортується через камеру при одночасному ущільненні між двома конвейєрами, верхнім і нижнім. Для цього використовуються сітчасті чи пластинчасті конвейєри. Температура теплоносія складає 160-180°С. З камери теплової обробки килим з температурою 140-160°С попадає в камеру охолодження, де температура килима знижується за рахунок прососа через нього атмосферного повітря.

Мінераловатний килим на бітумному зв”зуючому проходить теплову обробку в таких же камерах, але при температурі теплоносія не вище за 160°С.

Після проходу через камеру охолодження мінераловатний килим розрізається дисковими пилами в поперечному і подовжньому напрямках на плити.

Міватні прошивні мати являють собою полотнища мінеральної вати з покривним матеріалом з однієї чи двох сторін, які прошиваються дротом чи ниткою. Їх застосовують для ізоляції трубопроводів і промислового устаткування при температурі поверхні, яка ізолюється, від 180 до 700°С. Мати по середній густині підрозділяють на марки 100, 125 і випускають довжиною 1000-2500 мм, товщиною 40-120 мм і шириною 500 чи 1000 мм.

У якості обкладочного матеріалу застосовують крафт-папір, склоткань, склополотно тощо. Як прошивний матеріал використовують сталевий дріт діаметром 0,5-1 мм, джгути з скляної, капронової, бавовняної ниток.

Мати виготовляють у єдиному потоці з минераловатного килима, що виходить з камери волокноосаджения. Через проміжний конвейєр килим попадає на спеціальну матопрошивну машину. Машина працює в автоматичному режимі і забезпечує безупинну обкладку минераловатного килима з однієї чи обох сторін, безупинне подовжнє прошивання килима, подовжню і поперечну розрізку килима на мати, згортання матів у рулон.

Теплоізоляційний шнур являє джгут з різними опльотками у виді сітчастої панчохи з бавовняної, скляної, капронової чи сталевої нитки. Шнур застосовують для ізоляції трубопроводів, що мають значну кількість вигинів. Марки шнура становить 100-350. При довжині не менш 15 м шнур має діаметр 30-50 мм, а при довжині не менш 10 м - діаметр 60-90 мм. Виготовляють шнур на багатостовбурних установках методом набивання.

16.6. Неорганічні ТІМ (крім мінвати і виробів на її основі)

Ніздрюваті теплоізоляційні бетони - це штучний кам’яний матеріал, одержаний у результаті твердіння або тепловологового синтезу поризованного в'жучого і що має, поряд з капілярною і гелевою мікропористістю, ніздрювату пористість.

Ніздрюваті бетони призначені для теплоізоляції по залізобетонних плитах покрить і горищних перекриттів, для багатошарових стіновых конструкцій будинків різного призначення; для теплозахисту поверхонь устаткування і трубопроводів при температурі до 400°С (жаростійкі - до 1000 °С і вище).

Теплоізоляційні ніздрюваті бетони мають, звичайно, середню густину в межах 200-500 кг/м³. Міцність при стиску таких бетонів дорівнює 0,8-1,2 Мпа. Їх теплопровідність залежить, головним чином, від середньої густини і вологості. Для зразків у сухому стані при 18°С теплопровідність характеризується показниками, наведеними в табл. 4.

Класифікація, сировинні матеріали, основи технології і основні будівельно-експлуатаційні властивості ніздрюватих бетонів викладені в темі БМ-11.

Таблиця 4. Залежність теплопровідності ніздрюватих бетонів від середньої густини та вологості

Середня густина, кг/м^3	Коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м×°С), при вологості, %:
300-400	0,09-0,10	0,13-0,14	0,17-0,19	0,20-0,23	0,24-0,27
	0,12	0,16	0,21	0,25	0,29

Ніздрювате скло або піноскло - це високопористий теплоізоляційний матеріал, що складається з повітряних ніздрюватих пор, розділених перегородками зі склообразної речовини.

Ніздрювате скло випускають у виді плит і виробів складної конфігурації. Плити мають розміри 180-500х80-150х80-120 мм.

У залежності від призначення ніздрювате скло розділяють на: теплоізоляційне, звукопогливне і спеціальне, наприклад високотемпературне.

ЗВЕРНІТЬ УВАГУ! NB!

Характерною рисою піноскла є висока міцність у порівнянні з іншими ніздрюватими матеріалами, низьке водопоглинання, висока хімічна стійкість.

Наприклад, для скла з перевагою закритої пористості водопоглинання складає 1-10%, зі сполученою пористістю - до 80% по об’єму. Коефіцієнт теплопровідності піноскла дорівнює 0,055-0,85 Вт/(м×°С), коефіцієнт звукопоглинання - 0,5-0,65.

Піноскло може мати різні кольори в залежності від газоутворювача і виду пігменту, але, в основному, випускають вироби чорного або сірого кольорів.

Застосовується піноскло для теплоізоляції стін і покриттів цивільних і промислових будинків, холодильних установок, промобладнання тощо.

Для виробництва піноскла придатні ті ж матеріали, що і для звичайного скла: кварцовий пісок, крейда, доломіт, карбонат або сульфат натрію, відходи склоробного виробництва, склобій. З метою зниження вартості піноскла, як сировинні компоненти, вигідно використовувати природні луговміщуючі гірські склообразні породи (перліт, обсидіан), відходи промвиробництва, наприклад нефелінові концентрати.

Для одержання гарних варильних властивостей розплаву рекомендується застосовувати сировинні шихти, що забезпечують наступний хімічний склад скла, %: SiO₂ – 60-73, Al₂O₃ - до 1, CaO – 2-6, MgO -2-4, Na₂O+K₂O - 12-16, Fe₂O₃ -4-6.

Ніздрювату структуру скла одержують, переважно, порошковим спосібом - шляхом спікання порошків скла та газоутворювача з наступним отжигом виробів для зняття температурних напруг. У якості газоутворювача використовують карбонатні породи (вапняк, мармур, доломит) і органічні газоутворювачі (антрацит, сажа, кокс).

При нагріванні шихти частки скла розм'якшуються. Звичайні стекла починають розм'якшатися при температурі близько до 600°С. В'язкість маси в цей період велика. При температурі близько 700-900°С в'язкість скла знижується до робочої. При цій же температурі відбувається, в основному, і розкладання газоутворювача з виділенням вуглекилого газу. Скломасса спучується, діаметр пор росте, знижується товщина міжпорных перегородок. При досягненні скломасою визначеного об”єму температуру в печі знижують, щоб припинити розкладання газоутворювача і закріпити отриманий обсяг і структуру пір.

Скляний гранулят розмелюють разом з газоутворювачем у трубомельницах до питомої поверхні 300-600 м²/кг. Вспінювання та отжиг роблять у жаротривких сталевих або чавунних формах по одно- та двухстадійному режиму або на безупиннорухаючемуся жаростійкому конвейєрі. Основні властивості піноскла наведені в табл. 5.

Теплоізоляційні матеріали на основі спучених перліту і вермикуліту (про фізико-хімічні основи технології спучених перліту і вермикуліту дивись тему БМ-11) є одними з найефективних.

Таблиця 5. Основні властивості піноскла

Властивості	Показники для скла
лужного	безлужного	висококремніземного
Середня густина, кг/м^3	150-300
Коєфіцієнт теплопровідності, Вт/(м°С)	009-0,10
Границя міцності при стиску, Мпа	1-15
Водопоглинання, %	1-10
Коєфіцієнт звукопоглинання	0,5-0,65	-	-
Максимальна температура застосування, °С

У залежності від розміру часток спучений перліт класифікують на пісок і щебінь. Пісок має розміри зерен до 5 мм, щебінь 5-20мм. Спучений перліт по середній густині має марки від 75 до 500 і теплопровідність 0,047-0,093 Вт/(м×°С). Він має високопористу структуру. Загальна пористість спученого перліту, включаючи міжзернові порожнечі, коливається в межах 90-98%. Розмір пор становить 0,5-10 мкм. Об’єм замкнутих пор невеликий і складає 13-25% об’єму перлітового зерна. Завдяки розвинутій відкритій пористості, спучений перліт має значне звукопоглинання.

Маючи високорозвинену пористу структуру і велику відкриту гідрофільну поверхню, спучений перліт характеризується великим водопоглиненням і гігроскопичностью. При розмірі зерен більш 2 мм його водопоглинання досягає 30% по об’єму і 300% по масі. Для більш дрібних зерен водопоглинання зростає до 60% по об’єму і 800-900% за масою. Вже при вологості 10% теплопровідність спученого перліту зростає вдвічі, а при 80% (за масою) у 3-4 рази. Спучений перліт важко сушиться, процес сушіння тривалий і вимагає значних теплозатрат, тому спучений перліт необхідно всіляко захищати від зволоження. Найбільш ефективним спосібом захисту спученого матеріалу від зволоження є його гідрофобізація кремнійорганічними з'єднаннями.

Спучений вермикуліт характеризується середньою густиною 80-200 кг/м³ (марки: 100, 150 і 200), низкою теплопровідністю - 0,056-0,07 Вт/(м×°С), високим звукопоглинанням, вогнестійкістю, невисокою гігроскопичностю. Його випускають трьох фракцій: 5-10, 0,6-5 і <0,6мм.

Спучені перліт і вермикуліт застосовуються як теплоізоляційні засипки, на їх основі і різних зв'язках можна одержувати тверді формовані теплоізоляційні вироби (плити, напівциліндри, сегменти), призначені для теплоізоляції будконструкций, трубопроводів, устаткування (див. табл. 6).

Таблиця 6. Основні фізико-механічні властивості виробів на основі спучених перліту і вермикуліту

Виріб	Температура використання, 0°С	Середня густина, кг/м^3	Теплопро-відність, Вт/(м°С)	Міцність, Мпа, при
стиску	згині
Бітумоперліт і бітумовермикуліт	до 60	250-450	0,07-0,10	-	0,15-0,25
Пластоперліт	до 200	120-300	0,05-0,08	0,6-0,4	0,15-0,30
Перлітоцемент Вермикулітоцемент	до 1200 до 800	250-350 400-500	0,07-0,08 0,08-0,10	0,5-1,0	0,20-0,26
Склоперліт і скловермикуліт	до 700	180-300	0,06-0,09	0,3-1,2	0,20-0,70
Керамоперліт Керамовермикуліт	до 1200 до 800	250-400	0,07-0,1	0,3-1,2	0,20-0,50

Дата добавления: 2014-01-07