Промышленность строительных материалов



жүктеу 2.89 Mb.
бет1/14
Дата29.06.2016
өлшемі2.89 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И ЭКОНОМИКИ
П РОМЫ Ш ЛЕН НОС 1 И СТРОИТЕЛЬ'НЫХ МАТЕРИАЛОВ


ПРОМЫШЛЕННОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Серия 6 . ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ .МЯГКИХ КРОВЕЛЬНЫХ
И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Обзорная информация
Выпуск | 3

БАЗАЛЬТОВОЛОКНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ



Издается с 1965 г. Москва 1989 Выходит 3 раза в год

УДК 666.193.004.14(048.3) Авторы: кандидаты техн.наук Д. Д. ДЖИШРИС,

М.Ф.МАХОВА, В.П.СЕРГЕЕВ
ВВЕДЕНИЕ

В СССР и за рубежом интенсивно развивается производство волокнистых
материалов на основе минеральных, стеклянных, каолиновых и других, воло-
кон. Однако возрастающие технические требования к этим материалам, а
также дефицит сырья сдерживают рост объемов их производства.


Обеспечение возрастающих потребностей в волокнистых материалах предопределяет резкое повышение их качества. В связи с этим в СССР полу­чило распространение промышленное производство базальтовых волокон и ма­териалов на их основе, где в качестве исходного одаокомпонентного сырья используются горные породы - базальты, габбро диабазы, порфириты и дру­гие, широко распространенные в СССР.

Разработаны и внедряются в производство технологии получения из гор­ных базальтовых пород штапельного и непрерывного волокон, классификация которых в зависимости от диаметра (в мкм) приводится ниже.

Микротонкое (БМГВ), менее 0,6

Ультратонкое (БУТВ) 0,6-1

Супертонкое (БСТВ) 1-3

Стекломикрокристаллическое 1-3

Тонкое 5-15

Утолщенное 15-25

Грубое 80-500

Непрерывное 8-11

Базальтовые волокна и материалы на их основе обладают высокими теплозвукоизоляционными и конструкционными свойствами. По температуро- устойчивости базальтовые волокна превосходят стеклянные и минеральные.

I



Температурный интервал применения базальтовых волокон составляет от -269 до +700-900°С, в то время как стеклянных - от -60 до +450°С; гигро­скопичность базальтовых волокон - менее 1%,
стеклянных - до 10-20$. Ба­зальтовые волокна относятся к первому гидролитическому клаосу и по кис­лою-, щелоче- и пароустойчивости превосходят минеральные и стеклянные.

Высокие физико-механические свойства базальтовых волокон обуслов­ливают создание и освоение производства широкого ассортимента новых вы­сокоэффективных строительных, технических, теплозвукоизоляционных и дру­гих композиционных материалов и изделий для различных отраслей промыш­ленности. Использование базальтовых волокон в качестве сырья дает воз­можность выпускать материалы, заменяющие асбест, металл, древесину и др.



  1. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

/ На основе штапельных базальтовых волокон разработан и выпускается широкий ассортимент новых эффективных базальтоволокнистых материалов для теплоизоляции тепловых агрегатов, машин и конструкций [1-5]. Технико­экономические характеристики последних существенно зависят от плотности и толщины волокнистых теплоизоляционных изделий.

^ Эффективная теплоизоляция повышает стабильность технологических процессов, их производительность, снижает удельные расходы тепловой энергии, массу и габариты конструкций, увеличивает срок их службы, улуч­шает условия труда. Эффективность базальтоволокнистой изоляции обуслов­лена ее рыхлой высокодисперсной структурой с большим количеством воздуш­ных прослоек, а также малой материалоемкостью, так как плотность такого материала в 50-100 раз меньше плотности исходного сырья.

  1. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ШТАПЕЛЬНЫХ БАЗАЛЬТОВЫХ ВОЛОКОН ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ Основной характеристикой теплоизоляционного материала является теплопроводность. Известно, что теплопроводность - это передача теплоты, протекающая при наличии градиента температуры и обусловленная тепловым движением частиц [6,7]. Величина теплопроводности волокнистого высоко­дисперсного материала - это показатель совокупности тепло- и масоообмен- ных процессов в материале, который зависит от интенсивности их протекания. Поэтому при установлении общих закономерностей, определяющих теплофияи- ческие свойства базальтоволокнистых материалов, учитывались их меха­ническая структура, пористость и химическая природа волокна.

Механическая структура материала из штапельных базальтовых волокон характеризуется их беспорядочным расположением и наличием воздушных

2




прослоек между ними, т.е. пористостью, которая зависит от диаметра во­локон и степени их уплотнения. Химический состав волокон предопределяет­ся исходным составом базальта.

Таким образом, механизм распространения тепла в волокнистом мате­риале характеризуется теплоотдачей свободными электронами и перемещением молекул, обладающих кинетической энергией воздуха (газа), заполняющего поры тела. Следовательно, теплопроводность волокнистого материала изме­няется в зависимости от плотности и количества пор.

Зависимость теплопроводности выпускаемых базальтовых волокон раз­личного диаметра при плотности ТОО кг/м3
от температуры, определенная методом стационарного теплового режима [8], представлена в табл. I.

Таблица I
Вид

волокна

Средний

диаметр

волокна,

мкм

Зависимость теп­лопроводности от температуры

Теплопроводность. Вт/(м*К) при средней температуре

50°с'

300°С

500°С

Микротонкое

0,6

0,0238+0,000128

ор

0,0313

0,0685

0,0983

Ультратонкое

0,75

0,0250+0,000125

0,0322

0,0686

0,0977

Супертонкое

1,2

0,0291+0,00014 1лт, ср

0,0372

0,0779

0,1105

Стекломикро­
















кристаллическое

1,2

0,0291+0,00015

0,0378

0,0814

0,1163

Тонкое

6,0

0,0360+0,0001931л_

0,0472

0,1035

0,1483

Тонкое .

10,3

0,0355+0,00024 Ъср

0,0494

0,1192

0,1750

Утолщенное

15,0

0,0355+0,0002551,

0,0502

0,1244

0,1838

Утолщенное

18,0

0,0424+0,000250ЪЛГ1 ор

0,0529

0,1296

0,1878


Из табл.1 видно, что с увеличением диаметра волокон теплопровод­ность^, возрастает, особенно значительно при высоких температурах (рис.1).

Низкая теплопроводность микро-, ультра- и супертонких базальтовых штапельных волокон обусловлена их высокоразвитой поверхностью, создаю­щей огромное количество микропор, препятствующих конвекции и тепловому излучению воздуха/ В тонких и утолщенных базальтовых штапельных волок­нах диаметром от 5 до 15 мкм размер микропор увеличен, что приводит к усилению конвекционных потоков воздуха. Зависимость теплопроводности базальтового супертонкого волокна (БСТВ) различной плотности от темпе­ратуры приведена в табл. 2 и на рис. 2.

Как видаю из табл. 2, теплопроводность волокон зависит от степени уплотнения и оптимальна при плотности 75-100 кг/м3 во всем температурном интервале эксплуатации. — 3

Таблица 2
Плотность, кг/м3

Зависимость теплопроводности от температуры

Теплопроводность Вт/(м-К). при средней температуре

0°С

50°С

300°С

20

0,0337+0,000288 Ь

0,0337

0,0505

0,1342

50

0,0302+0,000139 Ьпп

0,0302

0,0383

0,0787

75

0,0279+0,000135

0,0279

0,0358

0,0750

100

0,0291+0,000140 1ср

0,0291

0,0372

0,0779

150

0,0302+0,000146 гпГ1

0,0302

0,0387

0,0812

200

0,0326+0,000156

ср

0,0326

0,0416

0,08699


В практике теплоизоляции тепловых агрегатов и конструкций основным изолируемым элементом являются плоские и цилиндрические стенки при уста­новившемся тепловом потоке; существенен выбор оптимальной толщины теп­лоизоляционного слоя. В настоящее время необходимы малогигроскопичные и химически устойчивые теплоизоляционные материалы. Выпускаемые промш-

4

Яиомето еолокно мкм

Рис.1. Зависимость коэффициента
теплопроводности базальтовых во-
локон от их диаметра при различ-
ите температурах

Плотность, кг/м!

Рис.2. Зависимость коэффициента теплопроводности базальтовых волокон от плотности

ленностью ультра- и супертонкие стеклянные волокна, особенно нейтраль­ного состава, во влажном воздухе значительно адсорбируют влагу, вследст­вие чего их масса возрастает. Это приводит к повышению массы конструк­ции, в которой используется волокнистый материал. Кроме того, из-за на­сыщения стеклянного волокна влагой его физико-химические свойства при эксплуатации ухудшаются. Так, в условиях возможной конденсации влажность стеклянного волокна непрерывно растет и через 30 сут достигает 22$.
Ба­зальтовое волокно, особенно стекломикрокристаллическое, имеет низкую, не изменяющуюся во времени гигроскопичность (0,2-0,3$), что обусловле­но его химическим составом [э] . Можно предположить, что снижению гигро­скопичности способствуют наличие оксидов железа, тогда как щелочные ок­сиды в стекловолокне увеличивают его гигроскопичность.

I Низкая, не возрастающая во времени гигроскопичность базальтовых волокон обеспечивает стабильность теплофизических характеристик при дли­тельной эксплуатации.

1.2. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ БАЗАЛЬТОВЫХ ВОЛОКОН ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

В настоящее время материалы из стеклянной и минеральной ваты, при­меняемые в комбинации с алюминиевой фольгой, экранирующей тепловое из­лучение, используются в качестве низкотемпературной теплоизоляции [10,II] .

Наря,пу с преимуществами (например перед вакуумно-порошковой) стек­ло- и минераловолокнистая изоляция имеет существенный недостаток - отно­сительно низкую теплостойкость (до 700 К). Это затрудняет процесс ее дегазации при высоких температурах и влияет на величину теплопроводнос­ти.

Использование высокотемпературоустойчивых волокнистых материалов позволит проводить дегазацию при 900 К. С этой целью исследована воз­можность применения в качестве низкотемпературной изоляции для криоста- тирования базальтового ультратонкого волокна (БУТВ) диаметром менее I мкм, температура размягчения которого 975 К.

Теплопроводность БУТВ в области давлений 133,3*10-^ - 133,3»10“®Па при различной плотности укладаи волокон в интервале температур 300-77 К определяли по количеству испарившегося из измерительного прибора хладо- агента (жидкого азота) при прохождении тепла через исследуемый обра­зец [12].

Стационарный режим устанавливался через 2-3 ч после заливки жид­кого азота. Полагая, что весь проходящий через образец тепловой поток расходуется на испарение жидкого азота, эффективный коэффициент тепло­проводности (ЯЭф) образца определяли по уравнению теплопередачи через

цилиндрическую стенку [13] .

5


1 в - йп ГЯГ

0Ф= - ]



где 0. - тепловой поток через образец, Вт;

И,,Вг - внутренний и наружный диаметры, м;

и - длина измерительной камеры, м; т1,т2 “ температура соответственно корпуса прибора и жидкого азота, К.

Тепловой поток определяли по объему испарившегося из измеритель­ной камеры азота

С?= 1/Г,

где у - количество аэота, испарившегося в единицу времени, л;

Г- теплота парообразования азота, Вт/л.

На рис. 3 и 4 приводятся зависимости Л ^ образцов БУЕВ соответствен­но от давления в изолированном пространстве и плотности при давлении 133,3«ТО-5 Па.



Рис.З. Зависимость коэффициента теплопроводности БУТВ от давления при различной плотности волокон: „

1-30 кг/мЗ; 2-50 кг/мЗ; 3-80 кг/м3; 4 - 100 кг/м3;

  1. (расчетная) - 80 кг/мЗ

О

В области давления 133,3*10 Па и ниже экспериментальные данные согласуются с таковнми, определенными по методике, предложенной М.Г.Ка- ганером [10].
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет