Минеральная и стеклянная вата и изделия на их основе

Министерство  образования и науки РФ

Казанский государственный  архитектурно-строительный университет

 

 

 

Кафедра строительных материалов

 

 

 

Реферат

На тему: «минеральная и стеклянная вата и изделия на их основе»

 

 

 

 

Выполнил: ст-т  гр 54-201 Загртдинов И. А.

Проверил: к. т. н. доцент Халиуллин М.И. 

 

 

 

Казань 2011

 

Содержание

1. Введение……………………………………………………………………3

2. Историческая справка………………………………………………….....4

3. Классификация…………………………………………………………….6

4. Сырьевые материалы…………………………………………………….10

5. Основные технологические процессы и оборудования……………….11

6. Основные свойства продукции………………………………………….12

7. Технико-экономические  показатели…………………………………….14

8. Заключение………………………………………………………………..17

9. Список использованных  источников……………………………………19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 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. Эти материалы малогигроскопичные, огнестойки, не подвергаются загниванию. Их используют как для утепления строительных конструкций, так и для изоляции горячих поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов.

   Минеральная вата – волокнистый теплоизоляционный материал, получаемый из силикатных  расплавов. Сырьем для ее производства  служат  горные  породы (известняки, мергели, диориты и др.), отходы металлургической промышленности (доменные и топливные шлаки) и промышленности  строительных  материалов (бой глиняного и силикатного кирпича).

 Стеклянная  вата – материал, состоящий из  беспорядочно  расположенных стеклянных  волокон, полученных из расплавленного сырья. Сырьем для производства стекловаты служит сырьевая шахта для варки стекла (кварцевый песок, кальцинированная сода и сульфат натрия) или  стекольный  бой.

Цель данной работы - рассмотреть минеральную и стеклянную вату и изделия на их основе.

Задачи работы:

• рассмотреть историческую справку;
• рассмотреть классификацию;
• посмотреть сырьевые материалы;
• основные свойства продукции;
• рассмотреть технологическую схему.

 

 

 

 

2. Историческая  справка

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

  Первое искусственное  волокно — шлаковата — появилось побольше 100 лет тому назад, а ужe в 1897 г. было изготовлено высококачественное минеральное волокно с глинистых пород. В промышленных масштабах хозяйство минеральной ваты началось с 1914 г. В нашей стране промышленное действие шлаковаты получает развитие в годы Советской власти: в 1930 г.— на Билимбаев-ском металлургическом заводе; в 1932 г. был пущен шлаковатный рулон сословие в Сатке.

   В 1933 г. введен  в действие новоиспеченный Билимбаевский шлаковатный завод.

   В 1950 г. в Советский Союз уже производилось около 30 тыс. м в год шлаковаты и начался выпуск минераловатного ковра в рулонах, В дальнейшем наметилась ход к сокращению доли выпуска товарной минеральной ваты и увеличению производства изделий из нее, которая сохраняется и в настоящее время как в нашей стране, круглым счетом и за рубежом. Основными минераловатными изделиями в отечественной практике являются минераловатные плиты на синтетическом и битумном связующем, прошивные маты, плиты в целях строительной и мoнтaжнoй 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).

     Хотя  с давних пор минеральное волокно  существовало в природе как продукт вулканических извержений, искусственным путем базальтовый волокнистый продукт был получен лишь в 1840 г. в Англии. Как следует из материалов компании Rockwool Russia, с 1870 г. в США было запущено промышленное производство базальтового волокна для целей теплозащиты сталелитейных печей. Промышленное производство силикатного волокна было организовано в 1938 г. на заводе компании Owens-Corning Fiberglas Corporation, которая проводила опыты по производству стекловолокна еще в 20-х гг. С 1939 г. эта компания выполняла госзаказы на утепление военных судов.

  Несмотря  на длительную историю и присутствие  серьезных конкурентов на рынке  теплоизоляции, минеральная вата  пользуется популярностью и в  наши дни.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
3. Классификация

Под минеральной  ватой в широком смысле принято  понимать любой волокнистый утеплитель, произведенный на основе минеральной  сырья. Минеральную вату в зависимости  от используемого для ее производства сырья подразделяют на: стекловату, производимую из смеси песка, соды, известняка и т.д. каменную вату, для производства которой используются горные породы - базальт, габбро, порфирит и др. шлаковату, производимую на основе металлургических шлаков и других побочных продуктов промышленности.

 Также минеральная вата – это волокнистый бесформенный материал состоит из тонких расплавов стекловидных волокон диаметром 5-15 мкм, получаемых из расплава легкоплавких горных пород ( мергелей, доломитов и др.), металлургических и топливных шлаков и их смеси. Расплав обычно получают  в вагранке. Волокна образуются при воздействии подаваемого под давлением пара или воздуха на непрерывно вытекающую из вагранки струю расплава, либо путем подачи расплава на валки или фильтры, или диск центрифуги. Полученное минеральное волокно собирается в камере волокноосаждения на непрерывно движущейся сетке. В эту камеру вводят органические и минеральные связующие вещества: минераловатные твердые плиты, минераловатные изделия с гофрированной структурой, минераловатные полужесткие и мягкие плиты, прошивные маты, базальтовое волокно, неорганические жесткие изделия; теплоизоляционные легкие бетоны, вулканитовые изделия, совелит, теплоизоляционные цементные  ячеистые бетоны, ячеистое стекло.

Каменная  вата – именно каменную вату, которую в свою очередь в зависимости от используемого сырья можно разделить на: базальтовую вату – тонкое (диаметр 3-6 мкм) и супертонкое (диаметр до 3 мкм) базальтовое волокно без связующих компонентов;  габбро-базальтовую и порфиритовую вату (диаметром волокна 4-6 мм) с улучшающими добавками и с различного рода связующими (формальдегидные смолы, битумные материалы, глины и т.д.). Теплоизоляция из супертонкого волокна является одним из лучших изоляционных материалов, выдерживающим высокие температуры, обладающим легким весом и химической стойкостью, высокой вибростойкостью (потеря массы при 900 С, частоте в 50 Гц и времени воздействия 3 часа составляет всего 0,35%), высокими звукоизоляционными характеристиками (коэффициент звукопоглащения 0,95...0,99). При этом, теплоизоляция из супертонкого волокна имеет ряд недостатков, ограничивающих ее широкое применение: высокая стоимость, жесткость, в Европе считается концерогенной. Применяется в авиастроении, атомной энергетике, химической и биологической промышленности, кораблестроении, производстве космических аппаратов, автомобилестроении, криогенной технике и т.д.

  Эковата -  представляет собой  измельченную волокнистую целлюлозную массу, обработанную минеральными добавками - антипиренами и антисептиками. В ее состав входит: 81% - макулатура, 12% - антипирена (борная кислота), 7% - антисептик (бура). Безвредность минеральных добавок очевидна. Издавна известен способ борьбы с мелкими грызунами, муравьями, тараканами: смешать хлеб с борной кислотой и убрать доступ к воде. Сами соли борной кислоты не ядовиты, но при этом они связывают влагу, что приводит к обезвоживанию живого организма. С виду эковата напоминает плотный пух сероватого или кремового цвета. Она обладает высокими теплотехническими показателями, биостойкостью, огнестойкостью. Конструкции, в состав которых входит эковата, препятствуют распространению огня.  Эковата- экологически чистый, гипоалергенный материал. Все более широкое применение  Эковата находит при строительстве каркасных деревянных домов, так как в данном случае мы получаем  монолитную  деревянную конструкцию со всеми ее  экологическими достоинствами.

  Ячеистое стекло- (пеностекло, газостекло) теплоизоляционный материал ячеистой структуры. Сырьем для производства изделий из пеностекла (плит, блоков) служит смесь тонкоизмельченного  стеклянного боя с газообразоватслем (молотым известняком). Сырьевую смесь засыпают в формы и нагревают в печах до 900 "С, при этом происходит плавление частиц и разложение газообразователя. Выделяющиеся газы вспучивают стекломассу, которая при охлаждении превращается в прочный материал ячеистой структуры

      Пеностекло  обладает  рядом  ценных  свойств,  выгодно  отличающих  его   от  многих  других  теплоизоляционных   материалов: пористость  пеностекла 80-95 %, размер пор 0,1-3 мм, плотность  200-600 кг/м3, теплопроводность 0,09-0,14 Вт/(м, /(м* °С),  предел прочности при сжатии пеностекла 2-6 МПа. Кроме того, пеностекло  характеризуется водостойкостью, морозостойкостью, несгораемостью, хорошим  звукопоглощением, его легко обрабатывать режущим инструментом.

     Пеностекло  в виде плит длиной 500, шириной  400 и толщиной 70-140 мм используют  в строительстве  для  утепления  стен, перекрытий, кровель и других  частей  зданий, а в виде полуцилиндров,  скорлуп и сегментов - для изоляции  тепловых агрегатов и теплосетей,  где  температура не превышает 300 °С. Кроме того, пеностекло служит звукопоглощающим и одновременно отделочным  ма-териалом  для  аудиторий,  кинотеатров и  концертных  залов.

СТЕКЛЯННАЯ  ВАТА И ИЗДЕЛИЯ НА ЕЕ ОСНОВЕ 

Стеклянная вата представляет собой волокнистый теплоизоляционный материал, получаемый из расплавленной стекломассы. Стеклянная вата имеет повышенную химическую стойкость, теплопроводность 0,05 Вт/(м-°С) при 25°С, она не горит и не тлеет, плотность в рыхлом состоянии не должна быть более 130 кг/м3. Диаметр волокон стеклянной ваты, применяемой для теплоизоляции, не превышает 21 мкм. Структура ваты должна быть рыхлой — количество прядей, состоящих из параллельно расположенных волокон, не более 20% по массе. Вату изготавливают тремя способами - фильерным, дутьевым и штабиковым. Первым способ получения волокна состоит в том, что из расплава стекла через небольшие отверстия вытягивают тонкие нити. Дутьевой способ дает более толстое волокно небольшой длины. Его получают распылением стеклянного расплава струей пара или горячего газа высокого давления (0,6- 1 МПа). Получение стекловолокна в основных чертах аналогично процессу волокнообразования в производстве минеральной ваты. Штабиковый способ получения стекловолокна заключается в том, что стеклянные палочки подогревают до расплавления горелками, причем капля стекла, падая вниз, тянет за собой тонкие стеклянные волокна, которые наматывают на вращающий барабан.  Наиболее перспективным  способом получения стеклянного  волокна для теплоизоляции является дутьевой - достаточно дешевый и высокопроизводительный. Стеклянную вату из непрерывного стекловолокна применяют для  изготовления теплоизоляционных материалов и изделий и теплоизоляции  при температуре изолируемых  поверхностей от —200 до +450°С. Маты и полосы из стеклянной ваты используют для утепления изоляции плоских поверхностей и трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей от —200 до +450°С. Их получаю путем прошивки стеклянной ваты, покрытой сверху и снизу слоем проклеенных стеклянных волокон толщиной до 1,5 мм, асбестовыми или кручеными из стеклянного волокна нитями.  Поверхность матов проклеивают 2...5%-ным раствором декстрина или другого клея. Этот слой предохраняет маты и полосы от повреждений. Стеклянные маты выпускают длиной 1000...3000 мм, шириной 200... 750 мм и толщиной 10...50 мм, плотностью не более 170 кг/м3. Изделия из стеклянного волокна  применяют для теплоизоляции  строительных конструкций холодильников  и средств транспорта при температуре  от —60 до +180°С. В настоящее время производство штапельного стекловолокна осуществляют на конвейерной линии центробежно-фильерно-дутьевым способом (ЦФД), где все технологические  процессы автоматизированы. На центрифугодутьевой машине СМТ-094 производят волокно, которое попадает в камеру волокноосаждения; затем оно подвергается обработке синтетическим связующим, раскладке в стекловолокнистый ковер равномерной толщины с последующей полимеризацией синтетического связующего и резкой   спрессованного   ковра   на   изделия — маты   или   плиты. Вата из супертонкого стекловолокна, а также изделия на ее основе как  хороший звукоизоляционный материал в последние годы находят все большее применение в строительстве. Физико-технические свойства этих материалов характеризуются плотностью 25 кг/м3, теплопроводностью 0,03 Вт/(м-°С), темпер турой эксплуатации от —60 до +450°С, звукопоглощение 0,65...0,95 в диапазоне частот 400...2000 Гц. Базальтовое супертонкое стекловолокно является высококачественным материалом для тепловой изоляции, фильтрации, а также для изготовления теплостойких бумаг, картонов и матов. Этот материал производят очень малой плотностью—17.» 25 кг/м3, низкой теплопроводностью — 0,027...0,037 Вт/(м-°С) с высоким звукопоглощением — 0,15...0,95 в диапазоне часто 100...4000  Гц.

 

 

4. Сырьевые  материалы

Минеральная вата может быть каменной или шлаковой, в зависимости от типа используемого  сырья - горных пород габбро-базальтовой группы или доменных, ваграночных и мартеновских шлаков, а также шлаков цветной металлургии. Кроме неорганической части исходное сырье содержит от 2 до 4,5 % органических составляющих - синтетическую смолу, гидрофобизатор, обеспыливатель.

     Шлаковая  вата не долговечна при повышенной  влажности, сильно повышенных  или пониженных температурах. В  настоящее время ее еще используют  только в дачном строительстве  или при возведении временных  сооружений. Поэтому далее мы  будем говорить, прежде всего, именно о каменной вате, применяемой в строительстве «на десятилетия».

    Минеральная  вата представляет собой очень  тонкие волокна, тесно переплетенные  между собой. Между волокнами  удерживается воздух, благодаря  чему теплопроводность минеральной  ваты близка к лучшему теплоизолятору на свете – воздуху в неподвижном состоянии.

    Для  получения минеральных волокон  сначала получают расплав, как  правило, в ванных печах или  шахтных плавильных печах - вагранках.  Вязкость расплава и температура  его получения непосредственно определяют качество ваты и ее стоимость. Потом из этого расплава дутьевым, центробежным или центробежно фильерно-дутьевым способами вытягивают тонкие волокна диаметром до 8 мкм и длиной от 2 до 10 мм. В процессе образования волокон к ним добавляют связующий неорганический компонент и водоотталкивающие составы. В специальных камерах волокноосаждения волокна охлаждаются и спрессовываются в полотна. Наиболее тонкие волокна при почти полном отсутствии неволокнистых включений получают при центробежно фильерно-дутьевым способе – вата из них по качеству считается самой лучшей. В целом же содержание неволокнистых включений (частиц размером более 0,25 мм) в зависимости от марки ваты должно быть не более 12-25 %.

 

 

 

 

 

5. Основные  технологические процессы и оборудования

 

Технологическая схема производства минеральной  ваты

 

 

1 – щековая  дробилка для сырья; 2 – сито  для просеивания дробленного  щебня; 3 – конвейер; 4 – грохот; 5 – бункер щебня; 6- вагонетки, транспортирующие  смесь сырья и топлива на склад; 7 – вентилятор для подачи воздуха в вагранку; 8 – бак с парафиновым маслом; 9 – весы; 10 – вагранка; 11 – емкость для полимера; 12 – бак с водой; 13 – камера охлаждения; 14 – вентилятор; 15 – сопло подачи пара