Искусственное минеральное волокно

В связи с тем, что комовая минеральная вата очень хрупка и при ее укладке образуется много пыли. Этого недостатка не имеет гранулированная минеральная вата, т. е. вата, превращенная в рыхлые комочки — гранулы. Такую вату применяют для теплоизоляционной засыпки пустотелых стен и перекрытий. Получают гранулированную вату в специальных грануляторах, состоящих из двух зубчатых валков, ниже которых расположены барабанные сита. Проводя между вращающимися валками, вата разрывается на кусочки размером 15 — 25 мм, которые, попадая на сита, скатываются в комки. При процессе гранулирования из минеральной ваты отсеиваются корольки, что улучшает ее качество.

Искусственное минеральное волокно широко применяют для производства теплоизоляционных и акустических изделий. В зависимости от сырья и способа производства искусственное минеральное волокно можно подразделить на следующие разновидности: волокно минеральное с температурой применения до 600°С (рядовое); волокно стеклянное (стекловолокно) с температурой применения до 400°С; высокотемпературостойкое и огнеупорное волокно с температурой применения соответственно до 1000 и выше 1000°С.

Асбест. Асбестом называют минералы группы серпентинов или амфибола волокнистого строения, способные при механическом воздействии разделяться на тончайшие волокна.

По химическому составу асбестовые минералы являются водными силикатами магния, железа, кальция и натрия. Содержание воды в асбесте группы серпентина составляет 13¸ 14%, а группы амфибола — 1,5¸3% в зависимости от вида. Волокнистое строение наиболее ярко выражено у асбеста серпентиновой группы, куда относится лишь один вид асбеста — хризотил-асбест. Мировые запасы хризотил-асбеста намного превышают запасы амфиболовых асбестов. На их долю приходится 96% мировой добычи асбеста. В РФ имеется ряд крупных разрабатываемых месторождений асбеста: Баженовское (Средний Урал), Ак-Довуракское (Тувинская обл.), Киембаевское (Оренбургская обл.). За рубежом наиболее крупные месторождения хризотил-асбеста имеются в Канаде и Южной Африке.

Из амфиболовых асбестов наибольшую промышленную ценность представляют крокидолит и амозит, самые крупные месторождения которых расположены в Африке. В России также имеется месторождение амфиболовых асбестов на Урале. Амфиболовые асбесты отличаются более высокими кислото- и теплостойкостью.

По химическому составу хризотил-асбест является водным силикатом магния — 3MgO´2SiO₂´2H₂O. В составе хризотил-асбеста могут быть загрязняющие минеральные примеси, некоторые из них снижают свойства асбеста. Например, наличие карбоната кальция, который цементирует элементарные кристаллы асбеста, влечет за собой снижение эластичности волокон и их распушиваемости. Содержание воды и прочность ее связи с материалом в значительной степени определяют свойства асбеста и условия его применения.

Асбест имеет кристаллическую структуру волокнистого строения. Волокна асбеста характеризуются гексагональной плотной упаковкой элементарных волокон (фибрилл). Каждая фибрилла представляет собой трубку с внутренним диаметром 30¸60А и наружным — 300¸400А. Расщепляемость асбеста чрезвычайно высока. Волокно хризотил-асбеста, как бы тонко оно не было, состоит из огромного числа параллельно расположенных тончайших элементарных волокон. Плотность хризотил-асбеста в зависимости от содержания химически связанной воды и железа находится в пределах 2,4 ¸2,6 г/см³.

Хризотил-асбест обладает высокой прочностью на разрыв по оси волокнистости. Наибольшей прочностью характеризуются волокна асбеста, осторожно отделенные от кускового материала. В результате нагревания до 370°С хризотил-асбест теряет адсорбционную воду, при этом уменьшается его прочность. При охлаждении асбест вновь присоединяет к себе воду и прочность его восстанавливается. При температуре выше 370°С начинается удаление химически связанной (конституционной) воды. При этом уже нарушается структура молекулярной решетки, что приводит к потере прочности и разрушению волокон. Потеря конституционной воды — процесс необратимый. Интенсивная дегидратация хризотил-асбеста происходит при температуре 600¸700°С, поэтому температура применения этого вида асбеста ограничивается 600°С.

Горную породу, содержащую асбест, добывают открытым способом и подвергают механическому обогащению.

Товарный хризотил-асбест состоит из смеси волокон различной длины и их агрегатов. Агрегаты волокон асбеста с недеформированными волокнами размером в поперечнике более 2 мм называют кусковым асбестом, а менее 2 мм — иголками. Распушенным называют асбест, в котором тонкие волокна деформированы и перепутаны.

Первые три сорта асбеста считаются длинноволокнистыми и относятся к текстильным сортам, а последние сорта — коротковолокнистыми, их называют строительными. В зависимости от текстуры (степени сохранности агрегатов волокон) асбест подразделяют на жесткий (Ж), в котором преобладают иголки; полужесткий (П) — с равным количеством иголок и распушенного волокна; мягкий (М) — с преобладающим количеством распушенного волокна. Длину волокна оценивают как величину остатка на сите (% по массе). Условное обозначение марок асбеста включает три этих признака. Например, асбест мягкой текстуры VI сорта, дающий 30% остатка на сите, имеет марку М-6-30. Асбест самых коротковолокнистых сортов негарантированной текстуры характеризуется маркой, которая указывает его сорт и среднюю плотность. Например, марка асбеста VIII сорта со средней плотностью 750 кг/м³ обозначается фк: 8-750.

В производстве теплоизоляционных материалов в основном применяют коротковолокнистые сорта асбеста: VI, VII и VIII, значительно реже V.

Введение асбестового волокна в формовочные смеси при изготовлении теплоизоляционных материалов преследует снижение средней плотности и повышение прочности материала, а также предотвращение трещинообразования как в процессе сушки изделий, так и в период их эксплуатации. Понижение средней плотности изделий происходит вследствие высокой водоудерживающей способности волокон асбеста. При этом чем тоньше распушен асбест, тем больше количество воды он может удерживать не расслаиваясь. Последующее удаление воды сушкой приводит к образованию мелкопористой структуры. Наибольшей водоудерживающей способностью обладают хорошо распушенные коротковолокнистые сорта асбеста. Повышение прочности изделий и предотвращение трещинообразования достигается за счет армирующего действия волокон асбеста и снижения усадочных деформаций при наличии достаточного количества волокон асбеста в формовочной массе. Для достижения этих целей предпочтительно применять более длинные волокна (VI и V сортов).