Лекция по дисциплине Основы материаловедения «Натуральные волокна»

Лубяные волокна

• Лен является одним из самых старых текстильных волокон, но его использование уменьшилось с момента изобретения вращающегося механизма для получения хлопка.
• Волокна рами имеют длину от 10 до 15 см. Волокна белее и мягче льна. Рами плохо принимает красители, если только он не подвергается сухой чистке. Хотя натуральное волокно рами сильное, однако оно не обладает устойчивостью, эластичностью и потенциалом удлинения. Волокна рами устойчивы к плесени, насекомым и усадке. Они используются для одежды, оконных драпировок, веревок, бумаги и столового и постельного белья.
• Пеньковая конопля похожа на лен. Волокна имеют длину от 10 до 40 см. Конопля оказывает малое воздействие на окружающую среду: она не требует пестицидов. Она вырабатывает на 250% больше волокна, чем хлопок, и на 600% больше волокна, чем лен, на одном и том же участке земли. Растения конопли можно использовать для извлечения цинка и ртутных загрязнителей из почвы. Конопля используется для веревок, одежды и бумаги. Наркоманы готовы платить чрезмерную цену за одежду из конопли, потому что она связана с марихуаной.
• Джут является одним из самых дешевых и одним из самых слабых целлюлозных волокон. У джута низкая эластичность, удлинение, устойчивость к солнечному свету, устойчивость к плесени и стойкость к цвету. Он используется для производства сахарных и кофейных мешков, коврового покрытия, веревок и настенных покрытий. Мешковина делается из джута.

Листовые волокна

• Волокна «пайна» получают из листьев растения ананаса. Они используются для изготовления легких, чистых, жестких тканей для одежды, сумок и столового белья. Пайна также используется для изготовления матов.
• Абака является членом семьи банановых деревьев. Волокна грубые и очень длинные (до полметра). Это прочное, долговечное и гибкое волокно, используемое для веревок, напольных ковриков, столового белья, одежды и плетеной мебели.

В каких случаях использовать каменную или стеклянную вату

Где использовать стекловату:

• чердачное перекрытие, пол 2-ого этажа частного дома из бруса (она имеет меньший вес, не создаст нагрузку);
• стены внутри помещения (рекомендуется использовать материал в виде плит, их проще монтировать, они держатся прочнее);

Где лучше выбирать базальтовую вату:

• скаты крыши (материал плотностью 100 — 120);
• на участках с высокой влажностью (плотность должна быть не менее 20, хорошая устойчивость к впитыванию влаги);
• в небольших постройках с тонкими стенами, например, бытовка или гараж (плотность 150);
• на участках, где нужно предотвратить распространение огня в случае пожара (плотностью 200 или специальную фольгированную базальтовую вату).

Важно знать!

Как стало понятно, стекловата проигрывает каменной по многим характеристикам. Однако она имеет и более низкую цену, что для многих имеет ключевое значение при выборе материала. Внимательно изучив сравнительные характеристики, каждый самостоятельно принимает решение, какой тип теплоизолятора ему выбрать.

Требования к покрытию

1. ТРЕБОВАНИЯ К ПОКРЫТИЮ

1.1. Покрытие следует применять для огнезащиты конструкций, эксплуатируемых внутри помещений с неагрессивной средой и относительной влажностью воздуха не более 75%.

1.2. Материалы для приготовления состава покрытия, а также технология его нанесения на конструкции должны удовлетворять требованиям, приведенным в обязательном приложении.

1.3. Пределы огнестойкости стальных конструкций в зависимости от толщины слоя покрытия приведены в табл.1.

Таблица 1

1.4. Предельное отклонение толщины нанесенного слоя покрытия от проектной в сторону уменьшения не должно превышать 5%.

1.5. Покрытие не должно иметь трещин, отслоений, вздутий.

1.6. Основные физико-механические показатели покрытия должны соответствовать приведенным в табл.2.

Таблица 2

1.7. Покрытие состоит из следующих компонентов: гранулированного минерального волокна, жидкого стекла и нефелинового антипирена.

1.8. Расход компонентов на 1 мпокрытия с учетом производственных потерь приведен в табл.3.

Таблица 3

1.9. Компонент покрытия – гранулированное минеральное волокно, изготавливаемое в соответствии с п.2.2 обязательного приложения к настоящему стандарту, влажностью не более 2%.

1.10. Компонент покрытия – калиевое жидкое стекло с модулем 2,6-2,8 по нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке, или натриевое жидкое стекло с модулем 2,6-2,8 по ГОСТ 13078-81.

1.11. Компонент покрытия – нефелиновый антипирен в виде мелкодисперсного порошка по нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке.

1.12. Компоненты покрытия должны поставляться: жидкое стекло – в металлических бочках, минеральное волокно и антипирен – в полиэтиленовых или бумажных мешках, а храниться в соответствии с требованиями нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке.

Водопоглощение

Если есть вероятность, что конструкция в которую заложен утеплитель может контактировать с водой, то немаловажен показатель водопоглощения, сообщающий как быстро намокнет изоляционный слой. При намокании его свойства значительно ухудшаются, поэтому для выбора утеплителя во входные двери или наполнение стен в бане следует уделять этому первостепенное внимание.

Водопоглощение стекловаты составляет 1.7% от массы за 24 часа прямого контакта с водой. У базальтовых плит это значение 0,095%, что делает его в два раза лучше в этой категории.

Это интересно: Волокно из кукурузы: биоразлагаемый материал, как производится, применение

Волокнистые наполнители

Базой для такого вида наполнителей являются длинные или короткие элементарные волокна, как гибкие, так и хрупкие. Как правило, волокнистые композиты получают для придание высокомолекулярному соединению особых прочностных свойств. Для этого используют высокопрочные волокна из стекла, углерода (в числе углеродные нановолокна или нанотрубки), бора, полимерные волокна, реже металла, карбидов, нитридов, оксидов и других неорганических соединений. Также применяются органические волокна растительного происхождения, например упомянутое ранее хлопковое волокно.

В составе наполнителей используются рубленые коротко- и длинноволокнистые и непрерывные волокна. Ввиду этого волокнистый композит может обладать свойствами похожими на материал с применением дисперсного вида, так и сильно отличаться от последних и иметь резко выраженные армированные или усиленные. При применении рубленых волокон полученные материалы обычно без труда перерабатываются стандартными методами переработки пластмасс, например экструзией и литьем под давлением. При использовании длинноволокнистого наполнителя такие методы не всегда доступны. Применение некоторых видов волокон может повысить механические свойства готового композита в десятки и сотни по сравнению с исходным полимером.

Рис.1. Изделие технического назначения из ПА, наполненного стекловолокном

Самым популярным волокнистым наполнителем в области переработки пластмасс является стекловолокно. В промышленности выпускается много различных марок стеклянных волокон, которые различаются по геометрии, химсоставу и прочностным характеристикам, однако в большинстве своем они достаточно доступны по стоимости. Стекловолокно используется почти со всеми крупнотоннажными термопластичными пластиками, например полиамидом, полиэтиленом, полипропиленом, поликарбонатом, поливинилхлоридом и т.д. При этом стекловолокно также активно применяется для усиления термореактивных полимеров, например материалов на основе эпоксидных и фенолформальдегидных смол, ненасыщенных полиэфиров и т.д.

Термопласты обычно наполняют до 40% стекловолокна, реже до 70%. Реактопласты наполняют стекловолокном в количестве до 80%. Стекловолокно имеет и недоставки – это его высокая хрупкость и снижающие адгезию к полимерной матрице аппретирующие покрытия, применяющиеся при производстве волокна.

Технология производства минваты

Исходным материалом для каменной ваты служат известняк, диабаз, базальт и доломит, для шлаковой ваты — шлаковые отходы доменной металлургии, а стекловата производится из стеклянного боя либо из известняка, соды и песка. При внешней схожести, скажем, каменной ваты различных производителей, ее характеристики будут несколько различаться, поскольку точное сочетание сырьевых компонентов каждый , поручая расчет точной формулы технологам производственных лабораторий и сохраняя результаты в строгом секрете.

Необходимо составить рецептуру так, чтобы полученное в результате волокно обладало максимальными качественными свойствами: гидрофобностью и долговечностью, химической нейтральностью к металлам и материалам, используемым в строительстве и отделке. Обладая этими качественными характеристиками, минеральное волокно должно иметь наивысшие теплоизоляционные показатели, сопротивляться любым динамическим нагрузкам. Существуют два критерия качества, применимых к минеральной вате — толщина волокна и его химический состав. И если точные сведения по второму критерию недоступны широкой публике, то зависимость качества от толщины волокон минеральной ваты такова — чем тоньше волокно, тем выше теплоизоляционные свойства минваты.

Производство минеральной ваты начинается с расплава сырьевых компонентов, для этого подготовленная смесь загружается в вагранки, ванные либо шахтные плавильные печи. Температура плавления в диапазоне 1400-1500 градусов — соблюдение точности при разогреве исходной смеси компонентов крайне важно, т.к. от степени вязкости расплава зависит длина и толщина получаемых волокон, а значит динамические и теплоизоляционные свойства самой минеральной ваты.

На следующем технологическом этапе доведенный до заданной вязкости расплав поступает в центрифуги, внутри которых со скоростью свыше 7000 оборотов в минуту вращаются валки, разрывающие расплавленную массу на мириады тонких волокон. В камере центрифуги волокна покрываются связующими компонентами синтетического происхождения — в их роли, как правило, выступают фенолформальдегидные смолы. Затем мощный поток воздуха бросает образовавшиеся волокна в особую камеру, где они осаждаются, образовывая подобие ковра заданных размеров.

Из камеры осаждения волокна поступают на ламельную или гофрировочную машину, где ковру из волокон придается заданная форма и объем. Далее ковер из минеральной ваты помещается в термокамеру — под воздействием высокой температуры органическое связующее проходит полимеризацию, а сама минеральная вата приобретает окончательную форму и объем. Финишная термообработка проходит при строго определенных температурах — именно на этом этапе формируются прочностные свойства минеральной ваты.

На завершающем этапе прошедшая полимеризацию минеральная вата разрезается на блоки заданных размеров и проходит упаковку.

Текст

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистическихРеспублик 947112(088.8) Дата опубликования описания 30,07,82 ФС, 10, Гоберис, О, Н. Нупьман, Б, В, Лужа; Б,;Б. Пиктис,Н. И, Пятигорская, Н, Г. Самойлова, В, К, Ящни Г. П. ПРоскУРинзВсесоюзный научно-исследовательский институт”теплоизоля 4 яциных и акустических строительных материалов и изделий и Научноисследовательский институт строительных материалов и изделий(54) МИНЕРЛЛЫ 1 ОЕ ВОЛОКНО ГеОз Гео МО Сао МО КО Недостатком 0,8 -120,1-4,00,5-1,08-204,5-210,1-55известных составов явпяИзобретение относится к производству теппоизопяционных материалов, а именно к составам дпя изготовления минерального волокна из силикатного расплава,Известен состав стекла дпя изготовления минерального волокна .1 , включаюший, мас,%:5 01 44,5-48,0 АСОз 7,0-10,0 Сао 17,0-32,0 М 00 2,0-4,0Гео 0,3-1,1Ге аО 0,06-0,1 9Мт 0 6,0-1 9,0ИО 0,5-1,5Т 0 0,1-1,0Гя О 0,05-0,0 ОНаиболее близким к предлагаемому является минеральное волокно 21, вкпючаюшее, мас,%:50 27-61Ае 2 о, 8-23Т 02 О; 30 ются высокая температура плавления шихты 1250-1400 С, а также недостаточновысокая химическая стойкость полученного из него волокна-модуль киспотности(Мк) 1,6-2,38, Кроме того, минеральное волокно изготавливают цз двух нпиболее компонентов шихты, что удорожает шихтоподготсвитепьные отделения, снижает гомогенность расплава и качествоминераловатных изделий. Иепь изобретения – снижение температуры плавления, повышение химической гостойкости н снижение себестоимости.Гоставле нная це пь дости гас тся тем,что минеральное волокно вкп июшее 50, АЕ.О .Г Г, Г Л;м,3 04711 СаО, МО, ЙО дополнительно содержит РО при следующем соотношении компо, нентов, вес,%2ИОа 41,8 45,0АбкО 6,2-14,7Т О 1,7-3,4РегОЭ 5,9-17,0ГеО 13,2-14,4Ми О 0,08-0,2СаО 4,3-7,8 омр 8,5-13,11,1-2,8Р О 0,3-2,1Конкретные составы минерального волокна и их свойства приведены в таблице. и,Юля получения расплавов используют шлам коренных руд,.в частности сильно- магнитной фракции коренной руды и маг- нитной фракции коренной руды.Способ получения расплава дпя изготовления силикатных волокон осуществляется следующим образом. Берут один из составов, подсушевают его в сушнпьыом 2 4барабане до влажности 3-5% и прй помощи поршневого или шнекового загрузчика подают в варочную зону ванной Мчи.Использование отходов обогащения коренных,титановых руд позволит получить минеральное волокно повышенной химической стойкости. Пониженная температура плавления отходов обогащения коренных титановых руд обеспечит проведение технологических процессов плавления при сниженных температурах в рабочем пространстве печи. Это позволит снизить удельный расход тепла на получение 1 кг расплава, а также увеличить межремонтный период работы плавильных агрегатов, так как коррозия огнеупорных материапов снижается при снижении температуры расплава.Экономический эффект, получаемый при использовании расплава, можно рассчитать по снижению расхода топлива на 15% и капитальных вложений на оборудование отделения подготовки шихты.фермула Минеральное волокно, включающее 10 й, А 10 Т 10, ГеО, РеО, МиО, СаО, МО, ИО, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения температуры плавления, повышения химической стойкости и снщкения себестоимости, оно дополнительно содержит Р 0 при следующем соотношении компонентов, вес.%: 1 О%0 41,8-45,0АВО 6,2-1 4,7Т, Оя

1,7-3,4 7 947112 8изобрете ния ЕеО 5,9 17,ОРеО 1 3,2-14,4МиО ( ),08-0,2СаО 4,3-7,83 Р 8,5-13, 11, 1-2,80,3-2,1Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМо 581104, кл, С 03 С 13/00, 1976,2

Авторское свидетельство СССРМо 649670, кл, С 03 С 13/00, 1977.Составитель И, Ильиных Редактор В, Петраш Техред Т,фанта Корректор Е. Рошко Заказ 5515/35 Тираж 508 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по репам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП “Патент”, г, Ужгород, ул, Проектная, 4

Смотреть

История

История волокон – это история человечества, от первобытного существования до современного постиндустриального общества. Без одежды, домашнего интерьера, без технического текстиля немыслим быт, культура, спорт, наука, техника, медицина. Но все виды текстиля не существуют без волокон, которые в то же время являются только сырьем, но без которого невозможно произвести все виды текстиля и другие волокносодержащие материалы.

Интересно отметить, что много тысяч лет тому назад, начиная с конца эры палеолита (~ 10–12 тыс. лет до н.э.) и до конца 18-ого века, человек использовал исключительно, только природные (растительного и животного происхождения) волокна. И только первая промышленная революция (2-ой технологический уклад – середина 19-ого века) и, конечно, успехи в науке и, прежде всего, химии и химических технологий породили первое поколение химических волокон (гидратцеллюлозных – медноаммиачных и вискозных). С этого момента и до настоящего времени производство химических волокон развивалось чрезвычайно быстро в количественном (обогнали за 100 лет производство природных волокон) и по ряду позиций в качественном отношении (существенное улучшение потребительских свойств). Кратко история волокон представлена в таблице 1, из которой следует, что история химических волокон прошла три этапа, а последний еще не закончился и третье, молодое поколение химических волокон проходит этап своего формирования. НЕБОЛЬШОЕ ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКОЕ ОТСТУПЛЕНИЕ

Имеются расхождение в российских (раньше советских) и международных терминах. Согласно советской, российской терминологии волокна делятся на природные (растительные, животные) и химические (искусственные и синтетические).

Зададим себе вопрос «а разве все сущее, что нас окружает, не состоит из химических элементов и веществ?». И поэтому являются химическими и, следовательно, природные волокна – тоже химические. Замечательные советские ученые, предложившие этот термин «химические», были, прежде всего, химиками-технологами и вкладывали в этот термин смысл того, что их производит не природа (биохимия), а производит по химическим технологиям человек. На первое место поставлена, доминирует в этом термине химическая технология.

Международная терминология все искусственные и синтетические волокна (полимеры) обозначает в противоположность природным (natural) – нерукотворным, как сделанные руками человека (рукотворные) – manmade fibres. Такое определение с моей точки зрения более правильное. С развитием химии полимеров и технологий производства волокон терминология в этой области тоже развивается, уточняется, усложняется. Используются такие термины, как волокна полимерные и неполимерные, органические, неорганические, наноразмерные волокна, волокна, наполненные наночастицами, полученные с использованием генной инженерии и др.

Приведение в соответствие терминологии с достижениями в производстве волокон третьего поколения будет продолжаться; за этим надо следить и производителям и потребителям волокон, чтобы понимать друг друга.

Базальтовые супертонкие и тонкие штапельные волокна. Области применения.

Благодаря низкой себестоимости производства материалы из базальтовых штапельных тонких волокон имеют широкое применение.

Промышленное гражданское строительство – теплоизоляция ограждающих конструкций, перекрытий, крыш, фасадное утепление зданий.Системы противопожарной защиты зданий, сооружений металлоконструкций.Теплоизоляция паропроводов и теплотрасс. Теплоизоляция в промышленности – печи и термическое оборудование.

Благодаря низкой себестоимости производства материалы из базальтовых штапельных тонких волокон имеют широкое применение.

Применение базальтового супертонкого волокна и материалов БСТВ

Энергетика – атомные, тепловые электростанции, турбины, теплоцентрали, паровые котлы, теплотрассы; тепло и звукоизоляция термического оборудования.

Противопожарные материалы систем противопожарной защиты: брандмауэры, защита ответственных металлоконструкций, противопожарные двери, кабельные проходки и др.

Производство керамики, фарфора, строительных материалов – теплоизоляция печей и оборудования при производстве керамических и фарфоровых изделий (посуды, ваз, сантехнических изделий и др.), печи для производства кирпича, керамической плитки.

Машиностроение – теплоизоляция термического оборудования, нагревательных, закалочных печей, тепловых магистралей.

Авиационная промышленность – теплозвукоизолирующие маты, обшитые гидроизолирующей тканью для теплозвукоизоляции двигателей и фюзеляжа. В космических кораблях «Союз» использовалось БСТВ. Материалы подтвердили высокое качество.

Судостроение – теплоизоляционные плиты на неорганическом связующем для теплозвукоизоляции судовых установок, оборудования, корпусов кораблей, переборок.

Криогенная техника и оборудование – утеплительные материалы при производстве сжиженных газов, жидкого кислорода и др.

Металлургия – материалы для теплоизоляции различных видов технологических печей и термического оборудования, регенераторов, рекуператоров, трубопроводов, коммуникаций.

Химическая и нефтехимическая промышленность – теплоизоляция термического оборудования, нагревательных печей, сушильных камер, паровых котлов, паропроводов, теплотрасс; негорючие, огнестойкие материалы для противопожарной защиты оборудования и объектов.

Производство строительных материалов и конструкций – утепленные панели для сборных домов и конструкций, перекрытий; подвесные потолки, противопожарные переборки, брандмауэры, огнестойкие двери, строительные пластики.

Фильтры. БСТВ широко применяется для производства фильтровальных материалов и изделий, фильтров тонкой очистки воздушных и жидких сред, высокотемпературных фильтров. БСТВ, произведенное при температуре 1400 – 1500°С, является идеальным материалом для гидропоники при выращивании бактериальных культур, рассады растений и др.

Бытовая техника – теплоизоляция газовых и электрических плит, духовок, электрических печей.

См. также:Технологии и оборудование производства супертонкого базальтового волокнаТехнологическое оборудование производства теплоизоляционных плит

Предыдущая – Следующая >>

Введение

В настоящее время наиболее развитые страны переходят в 6-ому технологическому укладу, а за ними подтягиваются развивающиеся. В основе этого уклада (постиндустриальное общество) лежат новые, прорывные технологии и, прежде всего, нано-, био-, инфо-, когнито-, социальные технологии. Эта новая парадигма развития цивилизации затрагивают все области практик человека, влияет на все технологии предыдущих укладов. Последние не исчезают, но существенно видоизменяются, модернизируются. Но, главное, качественное изменение – это появление новых технологий, переход их на коммерческий уровень, внедрение продуктов этих технологий и модифицированных традиционных технологий в повседневную жизнь цивилизованного человека (медицина, транспорт всех видов, строительство, одежда, интерьер и аксессуары дома, спорт, армия, средства коммуникации и др.).

Кричевский Г.Е. – профессор, доктор технических наук, заслуженный деятель РФ, эксперт ЮНЕСКО, академик РИА и МИА, Лауреат Госпремии МСР, член Нанотехнологического общества России. Об авторе

Не обошел стороной этот тектонический, технологический сдвиг и область производства волокон, без которых не только производство текстиля всех видов, но многих технических изделий традиционных и нетрадиционных областей применения (композиты, медицинские имплантаты, дисплеи и др.) не возможно.

Сфера применения

Для изготовления минваты используется расплав стекла, доменных шлаков, горных пород вулканического происхождения. При помощи центрифуги из расплава получают волокна, которые смешивают со связующим веществом синтетического происхождения. Из получившейся массы формуют плиты минераловатные, которые различаются по размерам, плотности и жесткости.

Теплоизоляционные плиты из минеральных волокон применяются для тепло- и шумоизоляции

:

• перекрытий;
• скатных и плоских крыш;
• кровель из трехслойных панелей;
• полов;
• потолков;
• перегородок;
• трехслойных стен облегченного типа из блочных материалов (минвата закладывается в середину конструкции);
• каркасных стен;
• фасадов (при утеплении под штукатурку и в составе вентилируемых навесных фасадов).

Пример пирога стены с применением минваты

Прайс-лист

Утепление вентфасада с облицовкой

Характеристики тканных наполнителей для полимерных композиционных материалов

Характерным параметром для описания тканых материалов является ее плотность, которая характеризует количество нитей на единицу ширины (по основе) или длины (по утку) ткани. Плотность ткани характеризует частоту расположения нитей в ткани. Чем дальше расположены нити одна от другой, тем плотность меньше, т. е. ткань реже. Чем ближе расположены нити одна к другой, тем плотность больше, т. е. ткань плотнее.

Толщина ткани зависит от толщины нитей или от номера пряжи, из которой она выработана, и от ее строения. Толщина колеблется от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Физико-механические свойства ткани характеризуются разрушающим напряжением и удлинением. Разрушающую нагрузку, предел прочности определяют как по основе, так и по утку. Удлинение – увеличение длины образца при действии на него растягивающей нагрузки. Обычно удлинение выражается в процентах от начальной длины образца.

Определение механических характеристик волокнистых наполнителей (нитей, жгутов, тканей) проводят по ГОСТ 6943.10–79

Неуравновешенность тканых наполнителей

Ткани саржевого и сатинового переплетения неуравновешены по рисунку переплетения, так как на одной поверхности полотнища (лицевой стороне), например, в направлении основы, преобладают прямолинейные нити основы, на противоположной поверхности (изнаночной стороне) в том же направлении – поперечные уточные нити. Если ткань такой структуры пропитать связующим и отпрессовать из нее однослойную пластинку, то она после охлаждения и извлечения из под плит пресса изогнется, так как лицевая и изнаночная стороны пластинки имеют различные термоупругие свойства.

Для тканей любого переплетения, изготовленных из сильно крученых нитей, характерна неуравновешенность по крутке. Крутящие моменты, заложенные в каждую нить, вызывают закручивание ткани и приводят к потере плоскостности тонкостенных пластинок, изготовленных из материалов, наполненных такими тканями.

Деформационные характеристики тканых наполнителей

Тканые наполнители являются упругими пористыми материалами. При формовании наполнитель подвергается деформированию, при этом изменяется толщина пакета, его пористость, а в волокнах накапливаются упругие деформации и соответствующие им напряжения. Поэтому для получения изделий определенных размеров и монолитного материала с заданным соотношением компонентов необходимо знать о деформационных свойствах наполнителя.

Основной деформационной характеристикой тканых наполнителей является эффективная жесткость, которая зависит от типа использованных для изготовления тканей волокон и порядка их организации. Эффективную жесткость определяют при растяжении наполнителей в направлении основы или утка, а также при сжатии перпендикулярно плоскости наполнителя. Чаще всего величину жесткости определяют по экспериментальному графику давление–толщина. По данной деформационной кривой можно определить изменение пористости материала при увеличении давления.

Способность к пропитке тканых наполнителей

Важнейшей особенностью листовых и объемных наполнителей, в первую очередь тканей, является резко выраженная зависимость их способности к пропитке и смачиванию жидкими композициями от текстуры и направления в плоскости (по утку или основе).

Кювета для определения смачиваемости тканных наполнителей

Рисунок 2: Кювета для определения смачиваемости наполнителя:

1 – кювета;2 – полоски наполнителя; 3 – связующее; 4 – крышка кюветы; 5 –уплотнительная прокладка;

Способность к смачиванию характеризуется предельной высотой поднятия жидкости по наполнителю и временем достижения предельной высоты.

Что лучше?

И так стекловата, и минеральная вата, в чем же собственно разница? В этом пункте разберем их плюсы и минусы. Просто оценив внешне понять можно не много. Отличие только в том, что изделие из минваты объемное, имеет более темный цвет. В выборе, безусловно, это не поможет. В сравнении показателей теплопроводности победителей нет. Коэффициент уровня теплопроводности:

• стекловата – 0,041-0,043 Вт/мК;
• минеральная вата – 0,030-0,052 Вт/мК.

В данном показателе разница между стекловатой и минватой не большая, поэтому здесь победителя нет.

Сравнение характеристик термостойкости:

• свойства термостойкости минеральной ваты – 600-700 °С;
• стекловаты – 450 °С.

Стекловата

Что касается упругости и прочности, то здесь лидирует стекловата. Минеральная вата имеет длину волокон – 2-10 мкм, длина волокон у стекловаты – 3-15 мкм. Длина волокон:

• стекловата – 15-60мм;
• минвата – 16 мм.

Именно благодаря этим критериям стекловата вырывает преимущество у своего противника.

Стекловата имеет способность впитывать влагу, из-за чего подвергается усадке, в отличие от минваты. За все время эксплуатации минеральная вата не теряет свое первоначальной формы. И в этом, безусловно, лучшей оказывается минвата.

Ценовая категория на стороне стекловаты, ведь минвата стоит дороже:

• 1 кв. м стекловаты – 800 – 900 руб.;
• 1 кв. м минваты – около 1200 руб.

Обосновывается это все тем, что материалы для ее производства стоят дороже, и само изделие. Так что перед выбором утеплителя стоит с умом рассчитать свой бюджет, что бы сделать правильный выбор.

При утеплении горизонтальных и безнагрузочных площадей (например, как утепление чердаков) использую исключительно стекловату, потому что минеральная вата не обеспечивает необходимое сплошное покрытие площади. В таком случае преимущество на стороне стекловаты.

При работе с стекловатой есть возможность облицовки неровных поверхностей и применять при облицовке разных форм и конфигураций конструкции. Ведь она очень мягкая и эластичная. При работе с минеральной ватой добиться такого же результата будет сложнее. Ведь он имеет более высокую плотность.

Другие виды наполнителей

Прочие виды рассматриваемых добавок для полимеров применяются реже. Тканые наполнители состоят в основном из стеклянных, хлопчатобумажных и углеродных тканей. Они применяются для изготовления высокопрочных пластиков с анизотропными свойствами. Тканые наполнители чаще всего сочетают с термореактивными полимерами. Связующим для таких пластиков могут быть эпоксидные олигомеры, ненасыщенные полиэфиры, но может быть и полиамид. Количество наполнителя в таком композите достигает 40-85%.

Рис. 2. Декоративный слоистый пластик

Также применяются нетканые наполнители, которые нельзя отнести к волокнистым или дисперсным. К ним относятся различные сетки, картон, бумага, войлочные маты, и пр. Как правило эти материалы пропитывают растворами связующего (чаще всего реактопластов). Затем полученный композит сушат для испарения растворителя и перерабатывают в готовую продукцию методом холодного прессования. Таким образом производят слоистые пластики. Метод был популярен в 20-м веке, однако в последние годы уступает более производительным технологиям переработки пластмасс, таким как экструзия.

Транспортировка

При выборе теплоизоляционного материала стоит учесть и такой обязательный фактор как транспортировка. Здесь между минватой и стекловатой большая разница. Стекловата при транспортировке будет более удобен, ведь он более легкий, рулоны спрессованы в более удобные рулоны или не менее удобные плиты, что облегчит разгрузку. Во время перевозки она не теряет своих качеств и форму, ведь она более устойчива к вибрациям. А транспортировка минваты будет менее удобна из-за более крупных рулонов и большого веса, что усложнит погрузку и выгрузку материала. Если не соблюдать осторожность при погрузке, выгрузке и перевозке есть возможность повредить минвату. Или попросту есть вариант того что минвата потеряет свою форму в процессе перевозки.

Стекловата

ВЭВ на основе линейных полимеров

Первая группа ВЭВ в основе которых лежат линейные (1D мерные) полимеры и простейший из них полиэтилен.

Для материалов из линейных полимеров еще в 1930 г. Staudinger предложил идеальную модель надмолекулярной структуры, обеспечивающей высокий модуль упругости вдоль главных цепей (11000 кг/ мм2) и только 45 кг/мм2 между макромолекулами, связанными силами ванн-дер-ваальса.

Рисунок 3. Идеальная физическая структура линейного полимера по Staudinger.

Как можно видеть (рис. 3) прочность структуры определяется вытянутостью и высокой ориентацией цепей макромолекул вдоль оси волокна.

Технология (состояние прядильного раствора и расплава, условия вытяжки) производства волокон должна быть построена таким образом, чтобы не образовывались складки макромолекул. Волокнообразующие полимеры при определенном химическом строении макромолекул уже в растворе образуют вытянутые, ориентированные структуры, объединенные в блоки (жидкие кристаллы). При формировании волокон из такого состояния, усиленногое высокой степенью вытяжки, формируется структура близкая к идеальной по Staudinger (рис.3). Такая технология впервые была реализована фирмой Дюпон (США) при производстве волокон Kevlar на основе полипараарамида и полифенилентерефталатамида. В этих высокопрочных волокнах ароматические циклы соединены амидными группами

Наличие циклов в цепи обеспечивает упругость, а амидные группы образуют межмолекулярные водородные связи, отвечающие за разрывную прочность.

По близкой технологии (жидкокристаллическое состояние в растворе, высокая степень вытяжки при формовании ВЭВ производят из различных полимеров различными фирмами, в разных странах под разными торговыми названиями: Technora (Taijin, Япония), Vectran (Gelanese, США), Тверлана, Терлон (СССР, Россия), Mogelan-HSt и другие.

Использованная литература:

• Г.Е.Кричевский. Нано-, био-, химические технологии и производство нового поколения волокон, текстиля и одежды. М., изд-во «Известия», 2011 г., 528 с.
• High Performance Fibres. Hearle J.W.S. (ed.). Woodhead Publishing Ltd, 2010, p.329.

Military textiles. Edited by E Wilusz, US Army Natick Soldier Center, USA. Woodhead Publishing Series in Textiles. 2008, 362 р.

• PCI Fibres. Fibres Economics in an Ever Changing World Outlook Conference. www.usifi.com/…look_2011pdf

Сокращение в названии волокон