Теплоизоляционные материалы

Содержание

 

  

I. Введение 

II. Минеральная вата и изделия из нее. 

III. Стеклянная вата и изделия из нее. Маты прошивные. 

IV. Производство минеральной ваты. 

V. Назначение минеральной ваты. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

Неорганические  теплоизоляционные материалы и изделия изготовляют на основе минерального сырья (горных пород, шлака, стекла, асбеста). К этой группе относят: минеральную, стеклянную вату и изделия из них, некоторые виды легких бетонов на пористых заполнителях (вспученном перлите и вермикулите), ячеистые теп­лоизоляционные бетоны, пеностекло, асбестовые и асбестосодержащие материалы, керамические и др. Эти материалы малогигроскопичные, огнестойки, не подвергаются загниванию. Их используют как для утепления строительных конструкций, так и для изоляции горячих поверхностей промышленного оборудования и трубопро­водов. 

1.  Минеральная  вата и изделия из нее по  объему производства занимает  первое место среди всех теплоизоляционных  материалов. Этому способствует  наличие неограниченных сырьевых ресурсов для их получения в виде горных пород (доломита, известняка, мергелей и др.) и шлаков, простота технологического процесса и небольшие капиталовложения при организации производства. 

Минеральная вата состоит из искусственных минеральных  волокон. 

Производство  минеральной ваты включает две основные технологические операции — получение  расплава и превращение его в  тончайшие волокна.   Для получения  расплава применяют, как правило, шахтные  плавильные печи — вагранки или  ванные печи.  Превращение расплава в минеральное волокно производят дутьевым или центробежным способами. 

При дутьевом способе  выходящий из печи расплав разбивается  на мелкие капельки струей пара или  воздуха, которые вдуваются в  специальную камеру и в полете сильно вытягиваются, превращаясь в тонкие волокна диаметром от 2 до 20 мкм. 

При центробежном способе струя жидкого расплава поступает на быстровращающийся  диск центрифуги и под действием  большой окружной скорости сбрасывается с него и вытягивается в волокна. Объемная масса минеральной ваты — 75—150 кг/м3, теплопроводность 0,042—0,046 Вт/ (м • К). Вата не горит, не гниет, ее не портят грызуны, она малогигроскопична, морозостойка и температуростойка. Минеральную вату применяют для теплоизоляции как холодных (до —200 °С), так и горячих (до +600 °С) поверхностей, чаще в виде изделий: войлока, матов, полужестких и жестких плит, скорлуп, сегментов. Иногда вату используют в качестве теплоизоляционной засыпки пустотелых стен и перекрытий, для чего ее гранулируют, т. е. превращают в рыхлые комочки во вращающемся

дырчатом барабане. 

Минеральный войлок выпускают в виде листов и рулонов  из минеральной ваты, слегка пропитанной  дисперсиями синтетических смол и спрессованной (рис. 1, а). Объемная масса войлока — 100—150 кг/м3, теплопроводность — 0,046—0,052 Вт/ (м- К). Листы и полотнища минерального войлока длиной 100—300 см, шириной 275_125 см, толщиной 3—6 см применяют для утепления стен перекрытий в кирпичных, бетонных и деревянных домах. 

Минераловатные  маты представляют собой минераловатный ковер, заключенный между битуминизированной бумагой, стеклотканью или металлической сеткой, прошитый прочными нитями или тонкой проволокой (рис. 1, г). Длина матов— от 60—120 но 500 см, ширина — от 30—100 до 150 см, толщина — от 3 до 10 см. Объемная масса матов— 100—200 кг/м3, теплопроводность — от 0,046 до 0,058 Вт/(м-К). 

Маты применяют  для теплоизоляции ограждающих  конструкций жилых и общественных зданий, их используют также для  утепления свежеуложенных бетонов  и растворов при строительстве  в холодное время года. 

Минераловатные  полужесткие плиты (рис. 1 б) изготовляют  из минерального волокна путем нанесения  на него распылением связующего (синтетических  смол или битума) с последующим  прессованием и термообработкой  для сушки или полимеризации. Объемная масса плит в зависимости от вида связующего и уплотнения — 75—300 кг/м3, теплопроводность — 0,046—0,069 Вт/(м-К). 

Полужесткие изделия  применяют для теплоизоляции  ограждающих конструкций зданий и горячих поверхностей оборудования при температуре до 200—300 °С, если изделия изготовлены на син­тетическом связующем, и до 60 °С— на бутумном связующем. 

Минераловатные  жесткие изделия получают смешиванием  минеральной ваты с битумной эмульсией  или синтетическими смолами с  последующим формованием, прессованием и прогреванием отформованных изделий для их сушки или полимеризации. Минераловатные жесткие плиты изготовляют длиной 1 м, шириной 0,5 и толщиной 4, 5, 6 см. Жесткие плиты делят на марки от 150 до 400 кг/м3. Теплопроводность плит находится в пределах 0,051—0,087 Вт/ (м-К). 

Минераловатные  жесткие плиты применяют для  утепления стен, покрытий и перекрытий жилых и промышленных зданий и. холодильников. Жесткие плиты и фасонные изделия  — сегменты, скор­лупы (рис. 1, б) на  

синтетическом и бентонитоколлоидном связующих применяют для теплоизоляции горячих поверхностей. 

Промышленность  выпускает также Минераловатные плиты повышенной жесткости и  твердые плиты на синтетических  связующих, которые характеризуются  более высокой прочностью и большими размерами, чем обычные жесткие плиты. Такие плиты размером 180x120 см, а при определенных параметрах уплотнения до 360 X 120 см экономически целесообразно применять для утепления стен, перекрытий и покрытий зданий. Например, 1 м2 покрытия с использованием твердых минераловатных плит (рис. 2) в 5—7 раз легче и на 25—40 % дешевле по сравнению с железобетонным покрытием, утепленным пенобетоном (рис. 3). 

2.  Стеклянная  вата и изделия из нее. 

Стеклянная вата является разновидностью искусственного минерального волокна. Для изготовления ваты используют стеклянный бой или те же сырьевые материалы, что и для оконного стекла: кварцевый песок, известняк или мел, соду или сульфат натрия. Тонкое стеклянное волокно для текстильных материалов получают вытягиванием из расплавленной стекломассы (фильерный и штабиковый способы). Более грубое волокно, применяемое для тепловой изоляции, изготовляют дутьевым или центробежным способами. Такое волокно обычно называют стеклянной ватой. 

Объемная масса  стеклянной ваты обычно не превышает 125 кг/м3, i теплопроводность — 0,052 Вт/ (м-К). Промышленность выпускает также супертонкое стекловолокно с объемной массой до 25 кг/м3  и теплопроводностью около 0,03 Вт/(м-К). 

Стеклянная вата практически не дает усадки в конструкциях, волокна ее не разрушаются при  длительных сотрясениях и вибрации. Она плохо проводит и хорошо поглощает звук, малогигроскопична, морозостойка. Слой стеклянной ваты толщиной 5 см соответствует по термическому сопротивлению кирпичной стене толщиной в 1 м. 

Стекловатные  маты длиной до 300 см, шириной до 100 см и толщиной 2—6 см и полужесткие и жесткие плиты размером 100 X (50—150) X (3—5 см), а также фасонные изделия на связующих из синтетических смол применяют в качестве теплоизоляционного и акустического материала при температуре не выше 200 оС, а прошивные маты и полосы — при температуре до 450 °С.

водной углекислой солью магния (ньювель) или ас­беста с водной углекислой солью магния и углекислого кальция (совелит), получаемых  

виде порошков используют для засыпной или мастичной  теплоизоляции, а также для изготовления плит, скорлуп и сегментов. Совелит дешевле и не менее эффективен, чем ньювель. 

Объемная масса  совелитовых изделий — не более 400 .кг/м8, теплопроводность при 100 °С—  не выше 0,093 Вт/ (м-К), предель­ная температура  применения — 500 °С. 
 

Стеклянная вата — этот материал представляет собой  минеральное волокно, которое по технологии получения и свойствам  имеет много общего с минеральной  ватой. Для получения стеклянного  волокна используют то же самое сырье, что и для производства обычного стекла или отходы стекольной промышленности. Кроме того, для нужд специальной теплоизоляции используются каолиновая, кварцевая и графитовая вата. Эти разновидности ваты обладают повышенной температуростойкостью. 

Стекловату получают в основном фильерно-дутьевым способом. 

По свойствам  стекловата несколько отличается от минеральной. Волокна стеклянной ваты имеют большую толщину (16-20 мкн), чем  минераловатные. Они обладают повышенной упругостью. Стеклянная вата содержит очень мало неволокнистых включений, обладает высокой вибростойкостью. Марки стекловаты практически те же, что и минеральной. 

Усредненный состав для для производства минеральной  ваты и стекловаты представлен в  таблице. 

Прочность волокон  стеклянной ваты выше, чем у минеральной (R(p) = 20 — 25 Мпа). Коэффициент теплопроводности — 0,030-0,052 Вт/(мК). 

Температуростойкость  стеклянной ваты обычного состава — 450њС, что ниже, чем у минеральной  ваты. 

Комовую стеклянную вату для тепловой изоляции применяют  реже, чаще всего ее перерабатывают в изделия. 

Изделия на основе стеклянной ваты (ГОСТ 104 99-93). 

Технология получения  мягких и полужестких стекловатных изделий практически ничем не отличается от производства аналогичных  изделий из минеральной ваты. 
 

Стекловатные  жгуты (шнуры) представляют собой гибкие теплоизоляционные материалы, состоящие из стекловатного сердечника, оплетенного штапельным стекловолокном. 

По свойствам  стекловатные изделия несколько  отличаются от минераловатных. Они  имеют меньшую среднюю плотность, большую прочность и вибростойкость, но обладают меньшей температуростойкостью. 

Стекловатные  изделия применяются наряду с  минераловатными для тепловой изоляции строительных конструкций, но основной областью применения является изоляция холодильников, трубопроводов, промышленного оборудования, работающего в условиях вибрации, а также транспортных средств. 

Крупнейшими компаниями — производителями стекловатных теплоизоляционных материалов на рынке  России являются фирмы Флайдерер-Чудово (Новгородская область) и ISOVER — «ИЗОВЕР» (Финляндия)..

 

  

4. Производство  минеральной ваты

  

Исходными данными  для расчета шихты  служат химические составы сырьевых материалов и заданный модуль кислотности  минеральной  ваты, который обусловливается назначением  минеральной ваты, условиями ее службы в конструкции и способом переработки расплава в минеральное волокно. 

Состав  шихты  рассчитывают двумя методами: 

    * методом  составления и решения системы  алгебраических уравнений;

    * методом  последовательного приближения. 

  

       -Метод составления и  решения алгебраических уравнений

  

     Обычно  шихта для производства минеральной   ваты состоит из двух видов  сырья. Поэтому при расчете  шихты  составляют и решают  систему двух уравнений с двумя  неизвестными X и У, выражающими  количество составных частей шихты.

     Одно  из уравнений имеет вид: 

     Х·У=1, а другое уравнение представляет  собой выражение модуля кислотности:  

        

     где  Si02, Al2O3, CaO и МgO – содержание соответствующих  оксидов в первом (основном) компоненте  шихты, %; 

     SiO2, Al2O3, СaО" и МgО" – содержание  тех же оксидов во втором  компоненте шихты, %; 

     Мk  – величина заданного модуля  кислотности. 

     Решая  уравнения относительного X или У,  получают содержание сырьевых  материалов в шихте в долях  единицы, а затем выражают состав шихты в процентах по массе. Расхождение величины модуля кислотности заданного и подученного в результате расчета не должно превышать 5 %.

      

         -Метод последовательного  приближения

  

     Этот  метод состоит в том, что, задаваясь  содержанием какого-либо одного оксида в получаемой минеральной вате и зная содержание этого оксида в составе сырьевых материалов, в порядке определенной очередности находят количество отдельных частей шихты. Таким составляющим обычно является один из оксидов, определяющий величину модуля кислотности, чаще всего SiO2.