Влияние структурных изменений минераловатного волокна на его долговечность

С целью повышения долговечности минеральной ваты, находящейся ори эксплуатации во влажных условиях, обычно корректируют химический состав расплава, повышая модуль кислотности Мк и уменьшая показатель водостойкости рН ваты, доводя эти показатели до соответствия требованиям действующего ГОСТ 4640—76. Структуру же полученных волокон и ее изменение под воздействием влаги не изучали.

На основе данных исследований водостойкой минеральной ваты воскресенского комбината «Красный строитель» делали вывод, что уменьшение предела прочности при растяжении отдельных минераловатных волокон во влажной среде происходит из-за воздействия влаги, согласно эффекту Рейиндера.

Результаты проведенных во ВНИИцилоизоляции исследований минеральных волокон многих предприятий, разное сырье и работающих но различным технологиям, с помощью химических, физико-химических, физико-механических методов, в том числе метода оптической микроскопии и растровой электронной микроскопии (РЭМ), выявили различия в структуре минераловатных волокон, позволили уточнить механизм воздействия на них влажной среды и установить некоторые критерии для определения их долговечности ~

В данной статье приводятся наиболее важные результаты проведенных исследований

Для получения более достоверных данных исследовали свыше 30 проб минеральной ваты с широким интервалом значений Мк и pH. Пробы с наиболее характерными показателями приведены в таблице.

Отобранные пробы до испытания хранили в изолированном от влаги месте. Долгосрочное воздействие (в течение более двух лет) на минеральное волокно влажной среды создавали хранением проб в эксикаторах над водой (ф=98±2%) и при комнатной влажности (р~60%).

Исследования большого числа свежеизготовленных минеральных волокон с помощью РЭМ показали, что «почти у всех из них поверхность гладкая, за исключением некоторых выступов (рис. 1). при воздействии среды с ф — 60% в течение двух лет поверхность волокон всех проб почти не менялась, а при р = 98±2% на некоторых нз них появлялись новообразования, указывающие на разрушение поверхности материала (рис. 2).

Установлено, что интенсивность роста новообразований на волокне во влажной среде частично зависит от значения показателей Мк и pH соответствующей ваты: большую устойчивость показали волокна, отличающиеся высоким значением Мк и низким pH (см. таблицу, пробы 1, 2, 6, 12—14). В то же время волокна со сравнительно низкими значениями М и высокими pH оказались неустойчивыми (см. таблицу, пробы 3, 5, 9, 11). Однако на поверхности проб 4, 7, и 8, которые по значениям Мк и pH должны быть сравнительно устойчивыми, л пробы 10 с устойчивыми значениями pH также было обнаружено большое количество новообразований.

В связи с этим для прогнозирования долговечности минеральных волокон в качестве основного критерия приняли степень разрушения их поверхности после хранения в среде с ф = 98±2%, определенную с помощью РЭМ2. При этом стойкость волокон к воздействию влажной среды можно оценить уже после 1,5 мес, хотя при более продолжительной выдержке точность определения увеличивается.

Так как метод растровой электронной микроскопии длительный, изучена возможность оценивать устойчивость свежеизготовленных минеральных волокон к воздействию влажной среди с помощью оптической микроскопии, а также волокон в поляризованном отраженном свете. Разработаны методы количественного определения менее устойчивых участков волокон, именуемых активными дефектами, которое проводили после 7— 14-суточпого хранения образцов при ф = 98+2% или после выдерживания в парах уксусной кислоты (ускоренный метод)

Установлено, что первоначальная структура минераловатного волокна в большинстве случаев обусловливается применяемым сырьем. Если оно изготовлено из базальтов пли мергелей (см. таблицу, пробы 1. 2, 12—14), то их структура сравнительно однородна, только на некоторых участках есть неглубокие канавки. На волокнах из многокомпонентных шихт число 41 размеры канавок увеличиваются, изредка встречаются лоры, а на волокнах из доменных шлаков почти всегда есть поры разных размеров, иногда с продольными канавками.

Таким образом, волокна, изготовленные из доменных шлаков млн многокомпонентных шихт, при существующих технологиях получаются менее гомогенными, чем таковые из мергелей пли базальтов. Это, то-видимому, в основном предопределяет различную долговечность минераловатных волокон по влажной среде.

С увеличением продолжительности выдерживания но влажной среде первоначальная структура некоторых минераловатных волокон меняется: после травления в 0,5-молярной соляной кислоте значительно увеличивается количество пор, независимо от характера первоначальной структуры. Структура поверхности п,роб 3, 5. 3, 9, 10 и 11 после трехлетнего хранения в среде с ф = 98+2% сильно изменилась (рис. 4), а в структуре проб 1, 2, 12—14 заметных изменений за это время не про. изошло. Материал пробы 1 даже после, шестилетней выдержки сохранил с в оку первоначальную структуру. Следовательно, скорее разрушается первоначальная структура минераловатных во- локон, на которых появляется, новообразований во влажной среде. Таким образом, определив структуру волокна, можно оценить предположи- тельную сохранность его после того или иного времени эксплуатации в изделиях

Обнаружение в волокне, продолжительностью хранившемся при влажности 98+2% и имеющем обильные новообразования, химически связанной нод позволило предполагать, что изменение его структуры связано с химическими реакциями при воздействии водяных паров. Скорость этого процесса обуславливается свойствами самого материал и условиями его хранения.

При проведении исследований наряженных минераловатных волокон (фиксированных в горизонтальном выгнутом положении) установлено ускоренное разрушение их поверхности при воздействии среды с 1=98+2% по сравнению с разрушением тех, которые хранились в свободном положения. В связи со сказанным, не не исключено, что в изделиях скорость раз-— рушения может увеличиваться под воз действием подобных вышеописанных напряжений, а также создавшихся из-за_ больших различий температурных коэффициентов расширения волокна в связуюшего.

Результаты исследований на растяжение волокна показали, что предел прочности на растяжение о свежеизготовленных минераловатиых волокон зависит от сырья и структуры стекла, однако этот показатель не предопределяет устойчивости материала к воздействию влажной среды. Оказалось, что устойчивые к влаге базальтовые минераловатные волокна (пробы 13. 14) отличаются невысокой начальной прочностью по сравнению с неустойчивыми к влаге пробами 4, 9, 11. Только установленные после шестимесячной ил годовом выдержки в среде с ф=98+2% значения остаточной прочности (см. таблицу) показывают, что наиболее разупрочнились волокна, изготовленные из доменных шлаков, имеющие большое количество активных дефектов (АД более 10) и в структуре которых после травления соляной той выявляются поры (пробы 8—11);

Замечено, что при определении продела прочности на растяжение всех проб значения коэффициентов вариация Для о достигали 50% и больше даже для волокон одинакового диаметра. Это, по-видимому, обусловливается многочисленными вышеназванными дефектам волокна.

Из сказанного выше следует, что из показателям М и pH, включенным а, ГОСТ, прогнозировать сравнительную долговечность минерального волокна ненадежно. Проведение корреляционого анализа между показателями минеральной ваты pH и А1к с одной стороны и показателями минераловатного волокна т п AN с другой с учетом полученных значений коэффициентов парной корреляции, их значимости.