Свойства силикатных расплавов минеральной ваты, условия их получения

По мере повышения температуры в плавильном агрегате между компонентами шихты начинаются сложные физико-химические взаимодействия, в конечном счете приводящие к силикато- и стеклообразованию и выражающиеся в переходе вещества из состояний 5, 8 в состояние 11 (рис. 1.1).

Исходя из представлений, развитых Я. И. Френкелем, плавление есть не переход вещества из кристаллического состояния в аморфное, а лишь частичная аморфизация тела, связанная с нарушением «дальнего порядка» при сохранении «ближнего порядка» в его структуре. Плавление во многих отношениях аналогично переходу вещества в другую модификацию. При достаточно низких температурах жидкость (расплав) по своему строению кристаллообразна (подобна микрокристаллическому твердому телу).

Роль соединений, формирующих структурные группы в силикатном расплаве, способны взять на себя силикатные комплексные ионы (Si_xO_y)^z, отличающиеся чрезвычайно прочной ковалентной связью —Si—О, которая сохраняется даже в таких экстремальных условиях, и образующие анионный скелет расплава.

К основным свойствам силикатного расплава, влияющим на характеристики получаемых минеральных волокон, относятся вязкость, поверхностное натяжение, склонность к кристаллизации, зависящие в основном от химического состава исходных сырьевых компонентов и температуры расплава.

Вязкость выражается в сопротивлении взаимному перемещению слоев жидкости за счет внутримолекулярного трения.

Силикатные расплавы, не структурированные взвешенными нерастворившимися частицами, вполне подходят под определение нормальных ньютоновских жидкостей.

По мере повышения температуры расплава вязкость его понижается за счет деструктурирующего воздействия броуновского движения на связи между отдельными группами и комплексами (рис. 3.53).

На вязкость расплава, помимо температуры, оказывает влияние его химический состав, что выражается в изменении температурных пределов, при которых сохраняется приемлемая вязкость, допускающая переработку расплава на минеральное волокно. С этих позиций расплавы разделяют на длинные и короткие (рис. 3.53). С технологической точки зрения очевидно, что более целесообразно использовать расплавы с широким температурным интервалом вязкости, т. е. длинные.

Зависимость вязкости от химического состава силикатного расплава показана на рис. 3.54, от условий плавления и температуры — в табл. 3.22.

Главную роль при зарождении центров кристаллизации играет переохлаждение, от скорости изменения которого зависит соотношение между линейной скоростью роста кристаллов (ЛСРК) и скоростью возникновения центров кристаллизации (СВЦК). В свою очередь, склонность к самопроизвольной кристаллизации регламентируется соотношением именно этих двух факторов (рис. 3.55).

Если в процессе охлаждения расплава скорость возникновения центров кристаллизации будет преобладать над линейной скоростью роста кристаллов, то расплав закристаллизуется. В противном случае будет получено стекло с небольшим количеством закристаллизованных областей в виде сферолитов.