Свойства стеклянной ваты. Виды изделий и области применения

Основным показателем, определяющим качество стеклянного волокна, является средний диаметр его, величина которого колеблется в следующих пределах (в мК):

стеклянное волокно текстильное 3-7

то же, теплоизоляционное 10-30

Средняя плотность стеклянной ваты зависит от среднего диаметра волокна и величины давления, при котором его определяли. Средняя плотность несколько снижается при увеличении среднего диаметра волокна, что можно объяснить большей упругостью толстых волокон, чем тонких. Средняя плотность стеклянной ваты, применяемой для тепловой изоляции, равна 75-125 кг1м³

Прочность стеклянного волокна зависит от многих условий. Наиболее изучена прочность текстильного стеклянного волокна. Прочность волокна диаметром менее 50 мк при фильерном способе зависит от скорости вытягивания волокна, диаметра фильеров, уровня стекло­массы над фильерами и температуры стекломассы, а также от диаметра: тонкие волокна прочнее толстых. Так, предел прочности при растяжении стеклянного волокна диаметром 5, 7 и 10 мк соответственно равен 153, 138 и 128 кГ/мм². У волокон диаметром 3 мк прочность может достигать 200 кГ/ммг и более, т. е. приближаться к прочности асбестового недеформированного волокна.

Эта зависимость, относящаяся к волокну, получаемому фильерным способом, в известной мере может быть распространена и на волокно, получаемое центробежным способом. В этом случае на прочность волокна будет влиять температура стекломассы и скорость превращения стекломассы в волокно центрифугами. Основным условием получения прочного стеклянного волокна во всех случаях является структурная ориентация сильных молекулярных кремнекислородных цепких связей. Высокая прочность стеклянного волокна не используется в тепло­изоляционных и акустических изделиях, но является весьма ценным свойством при изготовлении стеклопластиков.

Вибростойкость. Стеклянная вата не дает значительной усадки, а волокна ее не разрушаются при продолжительных сотрясениях и вибрациях. Это объясняется прочностью и эластичностью волокон, а также незначительным содержанием в стеклянной вате корольков.

Химический состав стеклянного волокна включает следующие главные окислы: Si0₂, А1203. СаО и Na₂0. Состав штапельного стеклянного волокна в %: Si0₂ 55-59; СаО 16-22; Na₂0 11-15; А1203 2-5; MgO 6-10. Кроме этих окислов возможно присутствие Fe203, ТЮ2, В203, Мп304 и др.

Бесщелочные и малощелочные алюмо-боросиликатные стекла могут содержать А1203 до 18% и В203 до 13%. Стекловолокно такого состава обладает особо высокой температуростойкостью.

Температуростойкость стеклянной ваты зависит от ее химического состава, например от содержания в стеклянной вате щелочей: с уве­личением содержания их температуростойкость снижается, а с умень­шением – повышается. Предельная температура применения стеклянной ваты обычного состава 450°С. Вата, состоящая лишь из Si0₂ и А1203 в равных количествах, не теряет своих свойств при 1200° С.

На температуростойкость стеклянной ваты влияет степень ее сжатия (уплотнения). Например, стекловолокннстые маты с температуро­стойкостью 500-550°С при сжатии их под нагрузкой 0,02 кГ/см снижают свою температуростойкость до 400° С, Поэтому при исполь­зовании стеклянной вати для тепловой изоляции горячих объектов можно допускать лишь небольшое уплотнение.

Коэффициент теплопроводности стеклянной ваты практически не зависит от среднего диаметра волокна при одних и тех же величинах средней плотности колеблется от 0,040 до 0,052 Вт/м∙К (при температуре +25, +35°С).

Выработка тонкого стеклянного волокна обходится значительно дороже, чем более грубого, а теплопроводность ваты в обоих случаях, почти одинакова, поэтому для теплоизоляционных целей и используют стеклянное волокно со средним диаметром до 30 мК.

Акустические свойства. Стеклянная вата и изделия из нее плохо проводят звук и хорошо поглощают его. Поэтому их используют в качестве звукопоглощающих и звукоизоляционно-прокладочных материалов. Для усиления звукопоглощающих свойств некоторые виды стекловатных изделий подвергают специальной обработке, например перфорации стекловолокнистых плит. Такие изделия называются акустическими

Коэффициент звукопоглощения изделий из стеклянной ваты зависит в основном от:

а) частоты колебаний звука;

б) средней плотности и среднего диаметра волокна;

в) толщины слоя материала и расстояния между этим слоем и поверхностью плотной стенки в конструкции.

Влияние этих факторов сказывается следующим образом:

а) коэффициент звукопоглощения с увеличением частоты колебаний возрастает до определенного максимума, после чего несколько снижается:

Частота звука в гц 128 256 512 1024 2048 4096 0,12

Коэффициент звукопоглощения 0,58 0,71 0,72 0,72 0,68

б) коэффициент звукопоглощения (при 200 гц) возрастает с повышением средней плотности материала, снижается с увеличением диаметра волокна, что особенно заметно у грубоволокнистых изделий, поэтому для поглощения звука низких частот следует использовать стекловолокнистые изделия с средним диаметром волокна не выше 40 мК;

в) коэффициент звукопоглощения возрастает с увеличением толщины изделия, достигая максимума, когда толщина равна длине волны, и расстояния между звукопоглощающим слоем и плотной стенкой строительной конструкции.

Благодаря некоторой упругости стекловолокнистые изделия при­меняют как звукоизоляционно-прокладочные материалы в междуэтажных перекрытиях и других строительных конструкциях. Из стеклянной ваты изготовляют следующие виды теплоизоляционных изделий:

а) маты с синтетическими смолами;

б) маты, обернутые в бумагу и прошитые стеклянными или другими нитями;

в) матрацы и гибкие фасонные изделия в проволочной сетке;

г) скорлупы для изоляции труб;

д) шнуры или жгуты.

Для звукопоглощающих целей выпускают акустические стекловатные плиты со специальной отделкой лицевой поверхности. Такие плиты бывают перфорированными и неперфорированными.

Техническая характеристика стекловатных теплоизоляционных изделий приведена в табл. 4.

Т а б л и ц а 4

Свойства стекловатных теплоизоляционных материалов