2.7.2 Теплоизоляционные и акустические материалы

Волокнистые теплоизаляционные материалы

Минеральнаявата(комовая) представляет собой тепло­изоляционный материал, состоящий из отдельных волокон, которые получают из расплавов горных пород или металлургических шлаков.

Сырьем для производства минеральной ваты служат слан­цы, смеси известняков и доломитов с глинистыми и кремнеземистыми породами, а также шлаки (преимущественно доменные). Материал, полученный из горных пород, обычно называют горной ватой, а из шлаков — шлаковой ватой.

Производство минеральной ваты состоит из двух основных про­цессов: расплавления сырьевой смеси и превращения расплава в во­локна.

Сырье расплавляют обычно в вагранках, имеющих высоту _;от 3 до 6 ж и внутренний диаметр 0,75—1,5 м. Расплав, вытекающий из нижней части печи через отверстия размером 20-30 мм, разбрызгивается давлением струи пара.

Пролетая вдоль камеры волокнообразо­вания, капли вытягиваются в тонкие волокна диаметром от 2 до 12 мкм и длиной 2—60 мм. Волокна падают на пол камеры, представляющий собой транспортер, движущийся с определенной скоростью. На транспортере образуется слой ваты в виде ленты; при выходе из камеры лента проходит через вальцы и несколько уплотняется.

Схема установки для получения минеральной ваты показана на Рисунке 14. В процессе производства ваты не все капли расплава успевают вытянуться в нити; часть их принимает форму шариков, жгутов и пр. Такие включения назы­вают корольками. Корольки увеличивают объемный вес и коэффициент тепло­проводности минеральной ваты, поэтому в составе ваты их не должно быть боль­ше 25%.

Рисунок 14 Схема установки для получения минеральной ваты:

1-бункер для топлива и сырья; 2- паровой котел; 3 - вагранка; 4 -фор­сунка; S - камера волокнообразования; в - вата, осевшая на ленту транспортера сжатого воздуха на отдельные капли.

В зависимости от объемного веса, который в свою очередь зависит от толщины волокон, степени уплотнения и от количества корольков, минеральную вату подразделяют на три марки: 75, 100 и 125. Коэф­фициент теплопроводности ее при температуре 25° колеблется в пре­делах от 0,036 до 0,040 ккал/м-ч-град.

Минеральная вата не горит, она морозостойка и мало гигроскопич­на.

При наличии в минеральной вате мелких комочков — гра­нул, ее называют гранулированнаямине­ральнаявата и используют в качестве теплоизоляционной засыпки пустотелых стен и перекрытий.

Гранулированную вату получают в грануляторах, состоящих из двух зуб­чатых валков, ниже которых расположены барабанные сита Проходя между вращающимися валками, вата разрывается на кусочки размером в 15—25 мм; последние попадают на сита, где скатываются в комки.

В процессе грануляции из минеральной ваты отсеиваются корольки, что улучшает ее качество.

Наиболее распространенными теплоизоляционными изделиями из минеральной ваты являются плиты минераловатные мягкие, полу­жесткие и жесткие на битумной связке.

Плиты минераловатные мягкие и полужест­кие вырабатывают длиной 100, 150 и 200 см, шириной 45, 50 и 100 сми толщиной 5,6,7,8,9, 10 см(мягкие плиты). Полужесткие плиты изготовляют длиной 50 и 100 см, шириной 45 и 50 сми толщиной 5, 6, 7, 8, 9 и 10 см. В соответствии с объемным весом плиты подразделяют на следующие марки: мягкие двух марок-100 и 150 и полужесткие трех марок - 200, 250 и 300. Коэффициент теп­лопроводности мягких плит должен быть не более 0,040-0,045 ккал/м ч-град, а полужестких плит, соответственно маркам, 0,050, 0,055 и 0,060 ккал/м ч град.

Применяют мягкие и полужесткие плиты для теплоизоляции в ограждающих конструкциях зданий, а также для промышленных уста­новок, трубопроводов и оборудования при температуре изолируемых поверхностей не выше 60°.

Жесткие плиты подразделяют на два вида — обыкновенные (О) и специальные (С). Первые предназначены для теплоизоляции строи­тельных конструкций и промышленного оборудования при температу­ре изолируемой поверхности не выше 70^е, вторые — для изоляции конструкций и оборудования холодильников и охлаждаемых зданий.

Минераловатныематыполучают прошивкой нитками слоя минеральной ваты, покрытой с одной или двух сторон битуминизированной бумагой. Прошивают вату на специальных машинах па­раллельно длинной стороне мата не менее чем в 6 рядов.

Размер матов: длина — 100—300, ширина 50—100 и толщина 3 и 5 см. Маты можно изготовить и больших размеров (в этом случае их скатывают в рулоны).

Объемный вес матов из минеральной ваты не превышает 250 кг/м³, коэффициент теплопроводности их до 0,06 ккал/м-ч-град, предельная температура применения +100°. Маты используют для теплоизоляции ограждающих конструкций жилых и промышленных зданий, тех­нологического оборудования и трубопроводов.

Стекловата. Стеклянная вата представляет собой волокнистый материал, сос­тоящий из тонких и гибких стеклянных нитей, которые получают из расплавленной стекломассы. Для изготовления стеклянной ваты используют стеклянный бой или сырье, служащее для производства обычного стекла; кварцевый песок, кальцинирован­ную соду и сульфат натрия.

Стеклянный бой или сырьевую смесь расплавляют в стекловаренных печах, а затем из расплава через небольшие отверстия фильеры-вытягиваются тонкие нити, которые наматывают на быстро вращающийся ба­рабан (фильерный способ). По этому способу мо­жно получать очень длинные нити (до нескольких десят­ков километров) толщиной до 1 мк.

При дутьевом способе получают грубое волокно небольшой длины путем распыления расплава струей пара или горячего газа высокого давления.

Объемный вес стеклянной ваты в рыхлом со­стоянии — не более 130 кг/м³, коэффициент теп­лопроводности ее не выше 0,045 ккал/м-ч-град при температуре + 25°.

Волокна стеклянной ваты значительно длин­нее волокон минеральной. Стекловата отличает­ся большой химической стойкостью и меньшей теплопроводностью.

Для теплоизоляционных целей применяют гла­вным образом изделия из минеральной ваты: маты и полосы, плиты, скорлупы и различные фасонные изделия в проволочной сетке. Наибольшее примене­ние получили маты и полосы, которые изготовляют путем прошив­ки стеклянной ваты, покрытой сверху и снизу проклеенным слоем стеклянных волокон — корочкой толщиной 1,5 мм, которая скрепляя волокна наружных слоев изделия предохраняет его от повреждений при перевозках и монтажных работах.

Изделия, предназначенные для изоляции поверхностей, нагре­вающихся до +100°, можно прошивать хлопчатобумажной нитью. Выпускают также непрошитые маты; в этом случае требуемая форма и прочность изделий достигаются за счет использования вяжущих веществ (крахмала, синтетических полимеров).

Маты и полосы из стеклянной ваты применяют для теплоизоляции наиболее ответственного промышленного оборудования, тепловых уста­новок и трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей до +450°. В жилищном строительстве их используют в качестве тепло- и звукоизоляционных материалов в ограждающих конструк­циях.

Ячеистые материалы.

Пеностекло. Ячеистым стеклом называют стекло, имеющее пористую (ячеис­тую) структуру. Этот материал получают смешиванием стекла с газообразователем с последующим расплавлением смеси и охлаж­дением.

Для изготовления газостекла используют чаще всего стеклянный бой, а в качестве газообразователей — молотый известняк, уголь. Тонко измельчен­ный стеклянный бой тщательно смешивают с газообразователем, после чего смесь засыпают в формы и нагревают. По мере повышения температуры сначала расплавляются частицы стекла, а затем разлагается газообразователь. Выде­ляющиеся при этом газы вспучивают стекломассу, в которой образуется большое количество пор. При охлаждении массы получается прочный материал ячеистой структуры. Основные изделия из ячеистого стекла — блоки и плиты. Объем­ный вес ячеистого стекла составляет 100—700 кг/м³. Коэффициент теплопроводности их в зависимости от объемного веса колеблется в пределах от 0,05 до 0,11 ккал/м-ч-град.

Особенностью ячеистого стекла по сравнению с другими тепло­изоляционными материалами является высокая прочность. Предел прочности стекла при сжатии — 20—125 кг/см²(в зависимости от объемного веса). Ячеистое стекло является водостойким, морозостой­ким и несгораемым материалом, оно легко пилится, режется, и в него можно вбивать гвозди.

Ячеистое стекло — высокоэффективный тепло- и звукоизоляцион­ный материал. Его можно применять для изоляции стен и перекры­тий, утепления полов и кровель промышленных и гражданских зда­ний. Таким стеклом изолируют камеры холодильников и горячие по­верхности отопительных устройств.

Пенопласты. К ячеистым материалам отсятся пенопласты, которые делятся на пенопласты, поропласты и сотопласты. Деление очень условное, так как чаще имеют смешанную структуру. Все данные материалы являются газозаполненными материалами. Характеризуются малой плотностью, низкой теплопроводностью, невысокой прочностью. Для теплоизоляции применяются жесткие плиты, для звукоизоляции эластичные.

Пенопласты имеют замкнутую структуру, изолированную друг от друга. В поропластах поры сообщаются между собой.

В строительстве применяются пенопласты трех видов: пенополистирольный, пенополиуретановый и фенольный.

Пенополистиролный пенопласт - сырьем служит самозатухающий полистирол в виде гранул. Плотность стеновых блоков 25-30 кг/м3. Используется в качестве утеплителя. Пенополистирольный пенопласт имеет белый, голубой и зеленоватый цвет, выпускается в виде плит размерами 1000х500х100 мм. Получают из стирола методом полимеризации. После синтеза и охлаждения вспенивают в специальных установках, затем придают необходимую форму. Коэффициент теплопроводности 0.04. Количество поглощаемой воды 1,5-3,5%.

Пенополиуретановый пенопласт - светло-коричневого с желтоватым оттенком материал. Имеет повышенных прочностные характеристики. Материал горючь и выделяет при горении отравляющие газы. Используется в качестве теплоизоляционного материала, в ограждающих конструкциях, в том числе в трехслойных.

Фенольный - жесткий пенопласт темно красного оттенка, с высокой прочностью, полученный на основе фенольных смол.

Сотопласты- имеют искусственно созданные регулярно повторяющиеся полости правильной формы. Изготавливаются из крафт бумаги, пропитанной смолой. Применяются в качестве теплоизоляции в трехслойных конструкциях панелей.

Пенополиуретановый пенопласт- светло коричневого цвета с желтоватым оттенком. Горючь и выделяет при горении отравляющие газы. Используется в качестве теплоизоляционного материала, в ограждающих конструкциях.

По технологии производства пенопласты делятся на два класса:

1. Формируемые путем спекания гранул между собой при повышенных температурах имеют марки ППС- плиты пенополистирольные.

2. Получаемые путем смешивания гранул полистирола при повышенных температурах с последующим введением вспенивающего агрегата и выдавливанием из экструдера. Плиты из ЭПС- экструдированный пенополистирол.

Достоинства пенопластов :

- средняя плотность от 20-200 кг/м2, в 1м3 до 3-6 млрд ячеек;

- коэффициент теплопроводности 0.028-0.04;

- размеры гранул с 0.4-3.2 мм после вспенивания увеличиваются в 50 раз;

- легкость формообразования;

- при нормальной температуре нетоксичен;

- при сгорании выделяет воду и углекислый газ, сажу;

- не вступает во взаимодействия в соединениях с цементом, рубероидом

асфальтом, гипсом;

- биостойкость- не разлагается микроорганизмами;

- легко клеится в том числе растворителями;

- относительно недорогой материал;

- с годами становится доступным;

- высокая морозостойкость;

- высокая водонепроницаемость;

- относительно высокая атмосферостойкость;

- высокие акустические свойства;

- высокая химическая стойкость;

- отсутствие запаха;

- легко обрабатывается.

Недостатки: - низкая прочность; горючесть;

Вопросы для СРС по теме:

1. Технология получения минераловатных плит.

2. Физико-механические характеристики минеральной ваты

3. Классификация акустических и теплоизоляционных материалов

4. Технологии получения теплоизоляционных материалов

5. Ячеистые теплоизоляционные синтетические материалы

6. Теплоизоляционные материалы из минеральных расплавов

7. Свойства материалов на основе минеральных расплавов

8. Технология получения пенопластов.

9. Физико-механические свойства пенопластов.

10. Классификация пенопластов.

11. Области применения теплоизоляционных материалов.

12. Требования предъявляемые к теплоизоляционным материалам.