Что такое минеральная вата как ее получают каковы ее свойства: Минеральная вата | Виды, характеристики, производители, цены
огнеупорная для утепления и фольгированная. Сравнение с пенопластом. Характеристики и ГОСТ, производство, вес и состав
Для утепления помещений используются специальные материалы, которые позволяют защитить здание от влияния холода. Большим спросом пользуется минеральная вата, которая обладает массой положительных качеств и преимуществ. Данное изделие делится на несколько разновидностей, выпускается в разных формах, поэтому следует ознакомиться с их особенностями, чтобы правильно подобрать материал для дальнейшей работы.
Основные характеристики
Любое строительство состоит из разных этапов, а если речь идет о жилых помещениях, утепление является одной из важных процедур. Для этого чаще всего используют минеральную вату, удельный вес которой зависит от плотности и разных характеристик. Теплоизолятор можно приобрести в любом строительном магазине, к тому же он предлагается по низким ценам, однако у него есть и масса других эксплуатационных особенностей.
Минвата обеспечивает не только тепло-, но и звукоизоляцию, она должна отвечать стандартам ГОСТ, быть огнестойкой, надежной и достаточно плотной.
Что касается срока службы, все зависит от того, насколько хорошо уложен материал.
К основным преимуществам изделия можно отнести ряд факторов. Так, в составе минваты нет органических элементов, поэтому срок эксплуатации настолько продолжителен, что можно не беспокоиться о ремонте довольно долго. Многих интересует температура горения материала, и здесь следует отметить, что его горючесть минимальна, минеральная вата не может воспламениться, а это значительный плюс. Это дышащий утеплитель с волокнистой структурой, благодаря чему избыточная влага пропускается, а воздух циркулирует.
Таким образом материал не будет плесневеть и разлагаться, что также подтверждает длительный срок службы. Если вы беспокоитесь о том, живут ли мыши в минвате, это ошибочное мнение – грызунов и насекомых не привлекает данный утеплитель, поэтому его можно хранить, сколько угодно. Колебания температуры не страшны, как и влияние агрессивной среды.
У минеральной ваты низкий показатель теплопроводности: всего 10 см утеплителя равны брусу 25 см, а кирпичной кладке толщиной 117 см. Стоит отметить, что базальтовый тип данного материала является наиболее долговечным – его можно использовать на протяжении 50 лет, не беспокоясь об эксплуатационных характеристиках. У шлаковаты этот период несколько меньше, но ее можно приобрести для утепления складского или подсобного помещения.
Материал нередко применяют для отделки помещений согласно СНиП. Благодаря высокой паропроницаемости минвата выполняет функцию не только утеплителя, но и защищает от лишнего шума, ее можно использовать в деревянных и каменных сооружениях.
Таким образом, основными факторами для выбора этого материала потребителями являются его высокое качество, отличные эксплуатационные показатели и доступная цена.
Вредность для здоровья
Это важный аспект, который следует учитывать. Ломкость волокон является недостатком теплоизолятора, и если проводить монтаж без использования защитных средств, включая респиратор, очки, перчатки и костюм, можно повредить слизистую и столкнуться с раздражением на коже. Наиболее опасными видами минваты являются шлаковая и стеклянная, с которой многие знакомы еще с детства, ведь ее можно было часто увидеть возле жилых домов и подвалов. На сегодняшний день многие решают отказаться от применения этого типа утеплителя, чтобы защитить собственное здоровье.
Стоит отметить, что в составе есть формальдегидные вещества, поэтому лучше использовать минвату для наружных работ. Однако не стоит беспокоиться, если соблюдается обычная температура, – в этому случае материал не несет опасности. Во время монтажных работ важно соблюдать определенные правила и технологию: после установки утеплителя рекомендуется сделать слой пароизоляции, чтобы частицы волокон не проникли в помещение.
Виды по составу

Стекловата
Для производства данного материала используется около 80% стеклобоя, остальную часть составляют другие ингредиенты, включая песок, соду, известняк. Компоненты смешиваются, подвергаются плавлению, затем при помощи центрифуг получают тонкие волокна длиной 5 см. У материала отличные эксплуатационные показатели. Единственным недостатком является то, что для работы с ним требуются средства защиты. Стекловата пользуется большим спросом по ряду причин. Прежде всего у нее высокая химическая устойчивость, она подходит для укладки на неровных поверхностях, хорошо поглощает звук, справляется с вибрациями и обладает низкой теплопроводностью.
Материал не возгорается, предлагается по доступной цене. Однако в ходе укладки необходимо позаботиться о парозащите, нужно учесть колкость изделия и обеспечить хорошую изоляцию.
Перед началом работы с утеплителем важно защитить глаза, дыхательные пути, а также убедиться, что нет открытых участков кожи, так как волокна ломкие, и частицы могут летать во время монтажа.
Каменная
Главными компонентами данного материала являются диабаз и габбро. Толщина волокон может быть от 5 до 12 мкм, длина не превышает 1,6 см. Что касается свойств материала, он похож на шлаковату, однако отсутствует колкость, что является большим плюсом. Работу по монтажу теплоизолятора можно провести самостоятельно в краткие сроки. Этот тип минваты плохо впитывает влагу, поэтому для утепления такой вариант подходит лучше всего.
Шлаковата
В качестве основного ингредиента для сырья используются доменные шлаки, из которых получаются волокна длиной не более 16 мм. В частном строительстве этот материал применяется чаще всего, к тому же им можно утеплить нежилое помещение. К преимуществам можно отнести возможность установки на фигурных и неровных поверхностях, огнеустойчивость, длительный срок эксплуатации, качественную звукоизоляцию и устойчивость к био- и химическим веществам.
Однако следует учитывать, что шлаковата не подойдет для утепления водопровода или фасадов. Во время монтажа необходимо использовать средства защиты – в составе есть фенолформальдегидные смолы, поэтому для жилых зданий его лучше не применять. Чаще всего шлаковатой утепляют подвалы, нежилые постройки и чердаки, промышленные объекты.
У материала минимальная жесткость, но хорошая термоизоляция.
Базальтовая

Однако следует выделить несколько преимуществ. У материала высокая жесткость на сжатие, поэтому во время монтажа можно не использовать поддерживающие опоры, также он справляется с влиянием химических веществ, может прослужить до 50 лет. Базальт обладает низкой гигроскопичностью, является упругим и довольно прочным, способен поглощать звуки и не горит. Этот вид минеральной ваты является экологичным, поэтому привлекает многих потребителей из-за универсальности и отличных эксплуатационных показателей.
Комбинированная
Такой вид теплоизоляции сочетает в себе базальтовую минвату с фольгой. Этот материал отлично подходит для защиты от огня деревянных и стальных конструкций. Поэтому изделие активно применяется для трубопроводов водоснабжения, канализации и отопления, а также дымовых каналов, в саунах и банях.
Форма выпуска
На рынке можно найти минвату всех категорий, которые предлагаются в разных формах в зависимости от сферы применения. Производители выпускают материал в виде матов, плит и рулонов, при этом последние пользуются наибольшим спросом. Рулонный вариант привлекает тем, что можно самостоятельно выбрать длину, в то время как другие предлагаются в стандартных размерах. Однако есть еще одна разновидность такого утеплителя, который представлен в форме волокнистой массы.
Для ее применения необходимо иметь специальное оснащение, а именно: компрессор.
Сравнение с пенопластом
Так как минеральная вата является материалом для утепления, у многих нередко возникает вопрос: лучше ли она, чем пенопласт, и какие между ними различия. Для этого необходимо изучить показатели обоих изделий, чтобы сравнить характеристики, и обнаружить разницу.
Стоит отметить, что практически во всем утеплители идентичны. При этом важно обратить внимание на структуру материала, чтобы понять, какой из них боится влаги или повышенной температуры. Так как вата напоминает покрывало из стекловолокна, то больше подходит для звукоизоляции помещения. Но если положить ее в воду, она впитает жидкость, станет гораздо тяжелее и потеряет некоторые свойства. Поэтому здесь важно защитить материал от влаги, для чего мастера используют ПВХ-пленку или паробарьер. Такая комбинация дает максимальный эффект, и вода не нарушит целостности утеплителя.
Пенопласт же является гидрофобным материалом, который не способен вбирать воду подобно губке, но влага проникает в структуру, тем самым разрушает соединение между шариками. Плита начнет крошиться и осыпаться. Таким образом, пенопласт необходимо также защищать от влаги, особенно если речь идет о наружном применении.
Сравнивая характеристики, следует отметить, что в отличие от пенопласта минвата устойчива к возгоранию, что преподносит ее в выгодном свете, и поэтому многие выбирают именно этот материал для теплоизоляции.
Какой плотности бывает?
Показатель плотности является важной характеристикой, которую важно учитывать при выборе материала. На рынке могут предлагаться разные варианты минваты, при этом необходимо знать о том, как плотность влияет на другие свойства и качества изолятора.
Мягкая имеет плотность 30-50 кг на кубометр, выпускается рулонами, поэтому подходит для укладки на горизонтальную поверхность. Сжимаемость материала достигает 50%, если утеплитель полужесткий, он используется в технических помещениях.
Изделие средней жесткости – 125 кг на кубометр – имеет сжимаемость до 12%. Что касается более плотной минваты, она сжимается на 2%, показатель плотности от 150 до 175 кг/м3. Если требуется изоляция кровли, такой вариант подходит больше всего. В форме плит выпускается материал плотностью 200 кг на кубометр.
Как производят?
Производство минеральной ваты требует наличия профессионального оснащения и богатого опыта. Основными материалами изготовления являются разные горные породы. В роли побочных продуктов выступают карбонатные и габбро-базальтовые породы, которые получаются в ходе производства металлопроката. На 90% минвата состоит из горной породы, остальная часть – это разные добавки. Чтобы сделать утеплитель более плотным, связать волокна между собой, производители добавляют вяжущие средства – это могут быть смолы с фенолом или бентонитовая глина.
Верхний слой материала состоит из тонкой крафтовой бумаги, которая имеет алюминиевый или полиэтиленовый состав. Компоненты смешивают, после чего плавят в специальном устройстве, которое изготавливает минеральную вату. Затем материал режется на плиты, маты или скручивается в большие рулоны.
Применение
Минеральная вата обладает рядом положительных свойств, поэтому она активно применяется в строительной области:
-
утепление деревянного и бревенчатого дома изнутри;
-
изоляция межэтажных перекрытий балками, потолков;
-
утепление вентилируемых навесных фасадов;
-
минераловатная изоляция системы пола, дорожной коммуникации;
-
прослойка между сэндвич-панелями, чтобы обеспечить больше жесткости материалу, включая бетонные и железобетонные конструкции;
-
отделка перегородок из гипсокартона;
-
утепление крыши, газопровода.
Конечно, это не весь перечень сфер, в которых активно используется минеральная вата, но это самые распространенные области, где невозможно обойтись без такого продукта. Можно с уверенностью сказать, что изделие является лидером теплоизоляционных материалов.
Как выбрать?
Если вы решили заняться утеплением дома, необходимо знать несколько правил, чтобы выбрать подходящий материал. Для этого важно учесть характеристики сооружения, где будет проводиться работа: является оно жилым или коммерческим, какой материал использовался в ходе строительства.
Специалисты рекомендуют заранее рассчитать плотность минваты, которая будет соответствовать задаче. Стоит отметить, что зачастую ошибки происходят не из-за плохого качества материала, что случается довольно редко, но именно при неправильной эксплуатации. Поэтому перед покупкой лучше изучить все технические характеристики и особенности использования той или иной категории минеральной ваты.
Большим спросом пользуются плиты с повышенной плотностью – у них минимальные показатели влагопоглощения, поэтому для отделки фасадов такой вариант подходит лучше всего. Для утепления помещения можно обратить внимание на маты – это рулонный материал, конструкция которого довольно удобна.
Важно учитывать материал, из которого сделаны стены: если они деревянные, плотность не должна быть высокой, ведь поверхность должна дышать, в противном случае она заплесневеет. Существует негласное правило о том, что для тонких стен необходимо брать толстую прослойку теплоизоляции.
Как крепить?
Это важный вопрос, с которым следует разобраться, если вы решили заняться утеплением помещения самостоятельно. Прежде всего позаботьтесь о том, чтобы у вас был защитный костюм для работы и перчатки, чтобы предотвратить аллергическую реакцию и попадание частиц волокон в дыхательные пути и на открытые участки кожи.
Существует несколько вариантов установки минеральной ваты в зависимости от сферы применения и разновидности материала.
Важно учитывать, из чего сделаны стены фасада – пеноблок, гипсокартон, дерево, кирпич и другое.
Если речь идет об утеплении стен внутри, тогда стоит использовать обрешетку. Такой каркас изготовлен из брусков, которые крепятся к стене. Между ними есть ячейки, куда необходимо укладывать плиту теплоизоляции. Такой способ подходит и для работы с перегородками из гипсокартона. Но если вы хотите облицевать наружные стены, такой вариант не совсем подходит. Для крепежа используйте клей-пену или состав вместе с дюбелями. Наружный каркас облицовывают мягкими плитами, используя именно каменную вату. Каркас нужен для того, чтобы облегчить нагрузку на нижние участки, где находится утеплитель. Здесь можно использовать либо деревянный брус, либо металлический профиль, который более прочный.
Таким образом, для крепежа утеплителя можно использовать такие варианты – клеевой состав или пена, дюбели и обрешетка. Все зависит от ваших предпочтений и условий работы, при этом у каждого метода есть свои особенности и плюсы.
Начать следует с обрешетки, которая зачастую используется для вентилируемых фасадов. Мягкий утеплитель не подходит для мокрых стен, у него недостаточно жесткости, поэтому он не сможет выдерживать вес облицовки. Если вам нравится отделка барашком или короедом, тогда следует рассмотреть другие варианты. Обрешетка больше всего подходит для внутренних работ, где она полностью себя оправдывает.
Чтобы получить максимальный эффект, для начала на стену укладывается пароизоляционный материал, который можно закрепить степлером. Затем монтируется цокольный профиль, прикручивается саморезами брус, только после этого можно начинать укладку минваты. Убедитесь, что плиты сидят достаточно туго, чтобы не было сквозных участков, через которые может проходить холод.
Данный вариант отделки отлично подходит для деревянных домов.
Что касается крепления на клей, это один из тех способов, который подходит исключительно для вентилируемых фасадов. Если нужно проводить штукатурные работы, тогда понадобятся дюбели-зонтики, их еще называют «грибки» – такой метод установки минваты составляет 90% случаев, поэтому можно смело рассматривать его.
Чтобы все прошло гладко, необходимо сделать разметку мест, где будут делаться отверстия, куда вставляется дюбель. Убедитесь, что шляпка плотно прижалась к материалу. Стержень необходимо вводить вручную в гильзу, после чего забить его молотком. Шляпка должна быть утоплена, но не переусердствуйте.
Теперь вы знаете все необходимое о минеральной вате, ее технических свойствах, особенностях разных видов материала, а также сферах применения. Такая информация поможет тщательно разобраться в том, какой именно утеплитель подойдет в вашем случае, и как правильно с ним работать, чтобы сделать качественную звуко- и теплоизоляцию.
Смотрите видео о минеральной вате.
В последние несколько лет наблюдается увеличение использования MVF в различных изоляционных и других промышленных применениях, включая использование в военно-морском флоте, чаще всего в качестве замены асбеста. В документации ВМФ по MVF их производство и использование обсуждаются только в общих чертах. Военно-морской флот не указывает каких-либо конкретных применений, кроме ссылки на использование волокон в термопластической арматуре для корпусов самолетов и морских судов (NEHC 1997a). Последующая информация о мониторинге воздействия, проведенном военно-морским флотом, неофициально полученная из Центра гигиены окружающей среды ВМФ, показала, что военно-морской флот использует волокнистое стекло и шерсть в основном в качестве изоляции, а непрерывное волокнистое стекло — в современных композитных материалах в качестве армирования (P.Кревоник, Центр гигиены окружающей среды ВМФ, личное сообщение, 7 октября 1999 г.). Данные мониторинга предполагают наличие MVF в конструкциях лодок, трубопроводах, акустических панелях и обшивке, хотя эта информация не была включена в исходную документацию ВМФ. Подкомитет обеспокоен отсутствием информации о конкретных материалах, содержащих MVF, и количествах, используемых ВМС; это затрудняет определение степени потенциального воздействия на персонал ВМФ. Эти стандарты воздействия распространяются на весь военно-морской гражданский и военный персонал, но не распространяются на подрядчиков ВМФ, деятельность которых регулируется Управлением по охране труда или соответствующими государственными регулирующими органами.
Военно-морской флот представляет обзор химического состава классов волокон. показан химический состав различных классов волокон, выраженный в процентах. Из видно, что все MVF содержат кремнезем (SiO 2 ), но они сильно различаются по другим компонентам как между классами волокон, так и внутри них. Следует отметить, что хотя ВМФ кратко упоминает об использовании волокон специального назначения, он не включает никакой информации об их составе или размерах или о том, что отличает их от других МВФ.Производственные процессы и состав каждого типа волокна обсуждаются ниже.
ТАБЛИЦА 2-1
Типичный химический состав некоторых коммерческих MVF .
СТЕКЛОВОЛОКНО
Основным ингредиентом стеклянных волокон является природный диоксид кремния; он также содержит небольшое количество других минералов. Перестановки производятся путем добавления других веществ, таких как оксиды алюминия, титана и цинка в качестве стабилизаторов и оксиды магния, лития, бария, кальция, натрия и калия в качестве модификаторов.Варьируя количество и типы стабилизаторов и модификаторов, можно изменять физические свойства стеклянных волокон. Стабилизаторы способствуют химической стойкости; предполагаемое использование определяет количество добавляемого стабилизатора.
Стекловолокно производится путем смешивания и плавления сырья в высокотемпературных печах с последующей его обработкой различными методами, в зависимости от конечного продукта. Процесс непрерывной нити используется для текстильных волокон, процесс ротационного распыления для стекловаты и процесс гашения пламени для изготовления стекловолокна специального назначения.
При производстве текстильных волокон расплавленное стекло непрерывно вытягивается из плавильного котла через втулки. Этот процесс допускает небольшое изменение заданного среднего диаметра волокна, который обычно находится в диапазоне от 3 до 25 мкм мкм. Эти непрерывные стеклянные нити используются в различных областях, в том числе в производстве текстиля, а также в качестве армирующих материалов для пластиковых композитов, таких как корпуса лодок и детали кузова автомобилей.
Стекловата производится с помощью ротационного процесса, который заключается в заливке расплавленного стекла через центрифугу, которая превращает стекло в прерывистые волокна.Диаметры волокон сильно различаются: некоторые из них составляют всего 1 мкм мкм, а в среднем 3-15 мкм мкм. Волокна стекловаты связываются вместе с такими агентами, как мочевино-фенольные смолы, которые подвергаются процессу термического отверждения, который превращает связующие вещества в нерастворимые полимеры. Другие агенты, такие как смазочные материалы, антистатические и смачивающие агенты, могут быть добавлены в процессе производства. Стекловата используется в промышленных и коммерческих изоляционных материалах, таких как войлок, одеяла и вата, а также для воздуховодов, потолочных панелей и акустических панелей.
Стекловолокно специального назначения производится с использованием процесса гашения пламени. Горячее расплавленное стекло выливается перед высокотемпературным газовым пламенем; это приводит к волокнам со средним диаметром менее 3 мкм мкм. В процессе могут быть добавлены различные типы связующих, в зависимости от предполагаемого конечного применения. Стекловолокна специального назначения обычно используются в приложениях, требующих высокой тепло- и звукоизоляции, например, в авиационной промышленности, а также для фильтрующих сред.
МИНЕРАЛЬНАЯ ВАТА
В США при производстве большей части минеральной ваты (шлаковаты и минеральной ваты) в качестве сырья используется шлак. Шлак образуется при восстановлении железной руды до чугуна. Современная шлаковая вата состоит из силикатов кальция, магния и алюминия со следовыми количествами других оксидов; сырье, включая глину, песок и известняк, можно добавлять в коксовую вагранку или плавить в электрической или газовой печи. Минеральная вата производится с помощью того же процесса с базальтовой породой, известняком, глиной и полевым шпатом, а также с небольшим количеством других добавок.Производство шлаковой ваты и минеральной ваты включает в себя процесс центрифуги с колесом, в результате которого получают прерывистые волокна со средним диаметром 3,5-7 мкм мкм. Как и в случае с волокнистым стеклом, в процессе производства производятся волокна разного диаметра, в том числе пригодные для дыхания. Добавление мочевино-фенольной смолы дает связанную вату, которая обычно используется для изоляционных войлоков, плит, одеял и покрытия труб. Несвязанная минеральная вата используется в качестве утеплителя или в производстве потолочной плитки.
ОГНЕУПОРНЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА
RCF составляют 1-2% мирового производства MVF и используются в специальных высокотемпературных приложениях. RCF используются в качестве сыпучих волокон, одеял, картона, бумаги и текстильных изделий. Их получают плавлением и прядением или продувкой прокаленного каолина или смеси глинозема и оксидов циркония, бора или титана. Средний диаметр РКФ составляет 1-5 мкм м. RCF уникальны тем, что, хотя они изначально аморфны, они могут быть частично преобразованы в кристаллическую форму, такую как муллит или кристобалит, при нагревании до температуры выше 1800°F.
ВЫВОДЫ
Каждая из трех категорий волокон содержит волокна с разным химическим составом и разными размерами. Исследования на животных и людях, направленные на изучение потенциальных последствий воздействия МВФ на здоровье, должны основываться на знании химических и размерных характеристик исследуемых волокон.
Обзор ВМФ производства, использования, химических и физических свойств MVF охватывает технологии только до 1993 года. Особую озабоченность у подкомитета вызывает понимание ВМФ влияния времени и температуры на состав MVF.ВМФ действительно указывает в разделе «Химические и физические свойства» в Искусственный Стекловидное волокно, , что MVF имеют высокие температуры плавления, что делает их хорошими кандидатами для некоторых применений, таких как высокотемпературная изоляция, но в нем не упоминаются какие-либо исследования износа этих волокон и того, что с ними происходит, когда они подвергаются воздействию высокие температуры. Поскольку предполагаемое воздействие на военно-морской персонал в первую очередь связано с изношенными волокнами, подкомитет считает, что было бы полезно, если бы военно-морской флот включил какие-либо соответствующие ссылки по этой теме или указал, что соответствующие данные недоступны.
Из-за динамического характера разработки «новых» волокон, которые используются во множестве приложений, можно ожидать, что MVF в будущем будет отличаться от тех, которые используются или производятся сегодня. Следовательно, военно-морской флот должен будет знать об этих различиях как в отношении текущего и будущего использования, так и, что не менее важно, в отношении «вырывания» и замены старых волокон. Более поздние достижения в производстве МВФ не включены в документацию ВМФ (Максим и др.1999б). Новые виды использования MVF и свойства волокон могут оказать существенное влияние на типы облучения, которые могут ожидаться для персонала ВМФ в настоящее время и в будущем.
Моделирование исследования механических свойств плит из минеральной ваты для теплоизоляции наружных стен
Плиты из минеральной ваты (RWB) широко используются в строительстве наружной изоляции во всем мире. Диаметр волокна, объемная доля твердого вещества (SVF) и степень контакта между волокнами существенно влияют на физические свойства RWB.Здесь влияние этих факторов на механические свойства RWB было исследовано с использованием программного обеспечения GeoDict. Во-первых, процесс волокнообразования привел к уменьшению диаметра волокна, а SVF RWB увеличилась с уменьшением размера пор. Кроме того, как диаметр волокна, так и SVF значительно влияли на прочность на сдвиг RWB. Кроме того, в соответствии с китайскими стандартами прочности на сжатие, растяжение и сдвиг, SVF RWB с диаметром волокна 10,5 мкм м не превышала 4.72%, 4,04% и 5,4% соответственно. Предлагаемый здесь новый метод может быть использован для оптимизации процесса производства RWB.
1. Введение
В качестве изоляционного материала плиты из минеральной ваты (RWB) широко используются для наружной изоляции. За последние несколько десятилетий требования к теплопроводности и механическим и физическим характеристикам этого материала были значительно улучшены. Однако детальное исследование механических свойств волокнистых изделий со сложной мезоструктурой сталкивается с большими трудностями, поскольку традиционные макроскопические тесты не могут точно предсказать деформационное поведение волокнистых изделий или рекомендовать оптимальные параметры мезоскопической структуры (такие как плотность волокна, длина, диаметр и точка контакта). ) [1].
RWB состоит из волокон разного размера, соединенных простым перехлестом. Существенны связи между волокнами и влияние смолы на прочность и жесткость РВБ [2]. Разрушение связи между волокнами и фрикционное скольжение также сильно влияют на деформацию и повреждение RWB, которые экспериментально наблюдали Liu et al. и Уилбринк и др. [3, 4]. RWB со временем изнашивается, и точка сцепления между RWB и наружным штукатурным слоем была недействительной, что привело к отслаиванию покровного слоя.Из-за большого отрицательного напора ветра [5, 6] изоляция наружных стен здания (рис. 1) может отвалиться или даже повредить системы наружной изоляции. Поэтому к механическим свойствам RWB предъявляются разные требования в зависимости от его предполагаемого использования.
Для практического применения RWB требует различной прочности, чтобы противостоять силам окружающей среды и собственному воздействию. В области композитных теплоизоляционных плит для наружных стен касательные и растягивающие напряжения промежуточных слоев RWB были относительно большими из-за внешней среды, что существенно влияло на прочностные характеристики RWB при взаимно перпендикулярных сдвигающих нагрузках [7].Прочность на сжатие и другие механические свойства изделий из минеральной ваты зависели от распределения волокон в структуре, а также от направления действия нагрузки и плотности изделия [8]. Когда волокнистое изделие подвергается нагрузке и локальная деформация неравномерна, могут возникать локальные повреждения [9]. Тем не менее, мало исследований было сообщено о его механических свойствах. В некоторых исследованиях использовалось численное моделирование для изучения взаимосвязи между мезоструктурой RWB и макроскопическими характеристиками.Исследование и проектирование композитной мезоструктуры играет ключевую роль в дизайне материалов [10–12].
Для изучения корреляции между мезоструктурой и механическими свойствами RWB механические свойства различных мезоструктурных RWB могут быть рассчитаны с помощью численного моделирования [13]. Рентгеновская томография (КТ) [14–16] применялась для получения сканированных изображений волокнистых изделий, которые впоследствии импортировались в программу GeoDict для определения реальной структуры волокнистых изделий, расчета макроскопической деформируемости [17, 18] и прогнозировать механические свойства [19] волокнистых изделий.С помощью усовершенствованного алгоритма [20, 21] для построения трехмерной модели структуры непрерывных длинных и коротких волокон была изучена взаимосвязь между длиной, диаметром, плотностью и ориентацией волокна.
Прочность на сжатие, растяжение и сдвиг RWB также была испытана с использованием электронной универсальной испытательной машины с микроконтролем WDW3030 (UTM; Kexin Testing Instrument Co. Ltd., WDW3030, Чанчунь, Китай). В сочетании с программным подходом были рассчитаны прочность на сжатие, растяжение и сдвиг RWB с различными диаметрами волокон, объемными соотношениями твердых частиц и степенями контакта.Диаметр волокна составлял 3–10,5 мкм м, а объемная доля твердого вещества составляла 3,70–6,08%. Также была определена формула оптимизации показателя прочности RWB. Это исследование закладывает основу для оптимизации конструкции RWB и оптимизации промышленного производства.
2. Материалы и методы
2.1. Материалы
RWB представлял собой изделие из неорганического стекловолокна [22] на основе природных горных пород (например, базальта) в качестве основного сырья, содержащее определенное количество примесей.Ряд процессов, в том числе плавление при высокой температуре [23, 24] (рис. 2(а)), четырехвалковое высокоскоростное центрифужное прядение [25, 26] (рис. 2(б)), волокнообразование [23], Процитива, и другие процессы были выполнены, а химический состав перечислены в таблице 1.
|
Основными элементами, составляющими волокно, были Si, Al, Ca и Mg, на долю которых приходится примерно 82,08% от общего содержания. Кроме того, в небольшом количестве были обнаружены Na, P, K, Ti, Mn и Fe. Поскольку Si 4+ и Al 3+ были основными компонентами сетки, образующей волокна, которые вместе составляли каркас, высокое содержание оксидов, таких как SiO 2 и Al 2 O 3 , способствовало улучшенная стабильность волокна [22].Кроме того, оксиды, такие как MgO и CaO, действовали как ионы, модифицированные сеткой, а структура наполненных волокон и образующие сетку ионы составляют стекловидную структуру.
2.2. Вычислительные методы
2.2.1. Эксперимент
(1) Модуль упругости . Для измерения прочности на растяжение одиночных волокон использовали электронную машину для измерения прочности одиночных волокон YG005E (Fangyuan Instrument Co., Ltd., YG005E, Вэньчжоу, Китай). Машина для определения силы одиночного волокна имела диапазон 50 сН и значение градуировки 0.01 сн. Верхние и нижние губки машины были установлены на расстоянии 50 мм, а скорость натяжения составляла 5,0 мм/мин. Средняя прочность волокон на растяжение была измерена, как показано в таблице 2, и модуль упругости одиночного волокна составил 61,4 ГПа: где σ – предел прочности мононити на растяжение, МПа; F – усилие разрыва мононити, сН; D – средний диаметр, µ м.
|