Минеральная вата и изделия на ее основе

Основным видом теплоизоляционных материалов в СССР и за рубежом в настоящее время является минеральная вата и изделия из нее.

Первое искусственное волокно — шлаковата — появилось более 100 лет тому назад, а уже в 1897 г. было изготовлено высококачественное минеральное волокно из глинистых пород. В промышленных масштабах производство минеральной ваты началось с 1914 г.

В нашей стране промышленное производство шлаковаты получает развитие в годы Советской власти: в 1930 г.— на Билимбаевском металлургическом заводе; в 1932 г. был пущен шлаковатный цех в Сатке; в 1933 г. введен в действие новый Билимбаевский шлаковатный завод. В 1950 г. в СССР уже производилось около 30 тыс. м³ в год шлаковаты и начался выпуск минераловатного ковра в рулонах. В дальнейшем наметилась тенденция к сокращению доли выпуска товарной минеральной ваты и увеличению производства изделий из нее, которая сохраняется и в настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом.

Основными минераловатными изделиями в отечественной практике являются минераловатные плиты на синтетическом и битумном связующем, прошивные маты, плиты для строительной и монтажной изоляции. В 70-е годы началось интенсивное освоение эффективных минераловатных изделий, в частности, жестких минераловатных плит марки ПЖ (ГОСТ 9573—82), плит повышенной жесткости с ориентированными волокнами (ламельных плит).

В настоящее время самым экономичным и наиболее распространенным является способ производства минеральной ваты, сочетающий использование вагранки и четырехвалковой центрифуги. Он позволяет получать волокна высокого качества.

Применение минераловатных изделий в строительстве при возведении кирпичных стен сокращает на 50% потребность в кирпиче, в 2,5—3 раза уменьшает расход цемента и извести, уменьшает трудовые затраты на строительных площадках и сметную стоимость строительства. Поэтому не удивительно, что при развитии новых методов строительства минеральная вата находит все большее применение.

В высокоразвитых зарубежных странах 95 % объема минераловатной продукции составляют изделия, представленные достаточно широкой номенклатурой. Финское акционерное общество «Партек» выпускает мннераловатные жесткие плиты со средней плотностью 75—125 кг/м³ и плиты повышенной жесткости со средней плотностью 200 кг/м³ при толщине 30—140 мм. Аналогичную продукцию изготавливают предприятия западногерманской фирмы «Грюнцвейг унд Хартман». Японская фирма «Нипон Асбестос» выпускает ламельные плиты, оклеенные полиэтиленовой пленкой.

Множество способов волокнообразования, а также разнообразие исходного сырья предопределяют различия качественных показателей ваты. В зависимости от температуры применения искусственные минеральные волокна делятся на: стеклянные с температурой применения до 400°С; рядовые с температурой применения до 600°С; высокотемпературные и огнеупорные с температурой применения до 1000°С и выше соответственно.

Минеральная вата — продукт специальной переработки силикатного расплава с помощью различных технологических приемов. Это рыхлый материал, состоящий из тонких волокон стекловидной структуры (рис. 3.51).

Основным показателем минеральной ваты является диаметр волокон, колеблющийся в пределах 1—10 мкм. В соответствии с требованиями ГОСТ 4640—84 толщина волокон ваты, применяемой для изготовления теплоизоляционных изделий, не должна превышать 8 мкм, так как увеличение ее влечет за собой увеличение теплопроводности. Длина волокон определяется химическим составом расплава и способом получения и составляет 2—300 мм. Более длинные волокна сообщают изделиям большую прочность и эластичность.

Частицы расплава, не вытянувшиеся в волокна и имеющие, как правило, сферическую форму, получили название корольков. Эти включения ухудшают теплоизоляционные свойства материала. Согласно ГОСТ 4640—84, предусмотрен выпуск минеральной ваты марок 75, 100 и 125 с содержанием корольков размером свыше 0,25 мм не более 12, 20 и 25 % соответственно. Марка минеральной ваты соответствует ее средней плотности при нагрузке 0,002 МПа.

Пористость минеральной ваты достигает 96 %, что обусловливает ее высокие теплоизолирующие свойства. Характер пор открытый, поэтому минеральную вату следует оберегать от увлажнения, так как при этом резко увеличивается ее теплопроводность. Водопоглощение минеральной ваты при погружении в воду высокое — до 600%, гигроскопичность — 0,2—2 %.

Ввиду того что волокна представлены веществом в стекловидном состоянии (состояние 10, рис. 1.1), высокая температура эксплуатации способствует кристаллизации (расстекловыванию, т. е. переходу в состояние 9, рис. 1.1), которая в зависимости от состава волокон может происходить уже при 500°С. С развитием этого процесса ухудшаются теплофизические свойства минеральной ваты. Ее теплопроводность не должна превышать 0,045 Вт/(м·°С) при температуре (25±5)°С; 0,064 Вт/(м·°С) — при (125±5)°С; 0,105 Вт/(м·°С) — при (300±5)°С.

Зависимость между средней плотностью и теплопроводностью изделий из минеральной ваты показана на рис. 3.52.