Минеральная вата — это любой волокнистый материал, полученный путем прядения или вытягивания расплавленных минеральных или горных материалов, таких как шлак и керамика . [1]
Применение минеральной ваты включает теплоизоляцию (как структурную изоляцию, так и изоляцию труб ), фильтрацию , звукоизоляцию и гидропонную среду для выращивания.
Минеральная вата также известна как минеральное волокно , минеральная вата , минеральное волокно , искусственное минеральное волокно (MMMF) и искусственное стекловидное волокно (MMVF).
Специфическими изделиями из минеральной ваты являются каменная вата и шлаковата . Европа [ кто? ] также включает стекловату , которая вместе с керамическим волокном представляет собой полностью искусственные волокна, которым можно придавать различную форму и которые являются колючими на ощупь.
Шлаковая вата была впервые изготовлена в 1840 году в Уэльсе Эдвардом Пэрри, «но, судя по всему, не было предпринято никаких усилий, чтобы удержать шерсть после производства; следовательно, она развевалась по фабрикам при малейшем ветерке и стала настолько вредной для людей, что процесс пришлось отказаться». [2] Метод изготовления минеральной ваты был запатентован в США в 1870 году Джоном Плейером [3] и впервые произведен в коммерческом масштабе в 1871 году в Георгсмариенхютте в Оснабрюке , Германия . Процесс включал в себя продувку сильного потока воздуха через падающий поток жидкого железного шлака, что было похоже на естественное возникновение тонких прядей вулканического шлака из Килауэа , называемых волосами Пеле, созданных сильными ветрами, раздувающими шлак во время извержения. [3]
По словам производителя минеральной ваты, первая минеральная вата, предназначенная для применения при высоких температурах, была изобретена в Соединенных Штатах в 1942 году, но не была коммерчески жизнеспособной примерно до 1953 года. В 1970-х и 1980-х годах стали доступны новые виды минеральной ваты. [4]
Высокотемпературная минеральная вата — это тип минеральной ваты, созданный для использования в качестве высокотемпературной изоляции и обычно определяемый как устойчивый к температурам выше 1000 °C. Этот тип изоляции обычно используется в промышленных печах и литейных цехах. Поскольку производство высокотемпературной минеральной ваты обходится дорого и ее доступность ограничена, она почти исключительно используется в высокотемпературных промышленных применениях и процессах. [ нужна цитата ]
Классификационная температура — это температура, при которой не превышается определенная величина линейного сжатия (обычно от двух до четырех процентов) после 24-часовой термообработки в лабораторной печи с электрическим подогревом в нейтральной атмосфере. В зависимости от вида продукции значение не может превышать двух процентов для плит и фасонных изделий и четырех процентов для матов и бумаги.
Классификационная температура указывается с шагом 50 °C, начиная с 850 °C и до 1600 °C. Классификация температуры не означает, что продукт можно использовать постоянно при этой температуре. В полевых условиях температура непрерывного применения аморфной высокотемпературной минеральной ваты (AES и ASW) обычно на 100–150 °C ниже температуры классификации. Изделия из поликристаллической шерсти обычно можно использовать до температуры классификации. [ нужна цитата ]
Существует несколько видов высокотемпературной минеральной ваты, изготовленной из разных видов минералов. Выбор минерала приводит к различным свойствам материала и температурам классификации.
Шерсть AES состоит из аморфных стеклянных волокон, которые производятся путем плавления комбинации оксида кальция (CaO-), оксида магния (MgO-) и диоксида кремния (SiO 2 ). Изделия из шерсти AES обычно используются в постоянно работающем оборудовании и в бытовой технике. Некоторые составы шерсти AES являются биорастворимыми, то есть растворяются в жидкостях организма в течение нескольких недель и быстро выводятся из легких. [5] [6]
Алюмосиликатная вата, также известная как огнеупорное керамическое волокно (RCF), состоит из аморфных волокон, полученных плавлением комбинации оксида алюминия (Al 2 O 3 ) и диоксида кремния (SiO 2 ), обычно в весовом соотношении 50:50 (см. также VDI 3469, части 1 и 5, [7] , а также TRGS 521). Изделия из алюмосиликатной ваты обычно используются при температурах применения выше 900 °C для оборудования, работающего с перерывами и в критических условиях эксплуатации (см. Технические правила TRGS 619). [ нужна цитата ]
Поликристаллическая вата состоит из волокон, содержащих оксид алюминия (Al 2 O 3 ) более 70 процентов от общего количества материалов, и производится золь-гель-методом из водных прядильных растворов. Водорастворимые зеленые волокна, полученные в качестве предшественника, кристаллизуют посредством термической обработки. [7] Поликристаллическая вата обычно используется при температурах применения выше 1300 °C и в критических химических и физических условиях применения.
Kaowool — это разновидность высокотемпературной минеральной ваты, изготовленной из минерального каолина . Это был один из первых типов высокотемпературной минеральной ваты, изобретенный и используемый в 21 веке. [4] Он может выдерживать температуру около 1650 °C (3000 °F). [8]
Каменная вата – это продукт печи из расплавленной породы при температуре около 1600 °С, через которую продувается поток воздуха или пара. Более продвинутые технологии производства основаны на вращении расплавленной породы в высокоскоростных прядильных головках, что-то вроде процесса, используемого для производства сладкой ваты . Конечный продукт представляет собой массу тонких переплетенных волокон типичным диаметром от 2 до 6 микрометров . Минеральная вата может содержать связующее , часто терполимер , и масло для уменьшения пыления.
Хотя отдельные волокна очень хорошо проводят тепло , при прессовании в рулоны и листы их способность разделять воздух делает их отличными изоляторами и звукопоглотителями . [9] [10] Несмотря на то, что стекловолокно , каменная вата и керамические волокна не защищены от воздействия достаточно горячего огня, огнестойкость стекловолокна , каменной ваты и керамических волокон делает их обычными строительными материалами , когда требуется пассивная противопожарная защита . полости в гипсокартонных конструкциях и в качестве упаковочного материала в противопожарных устройствах .
Другие области применения — панели, склеенные смолой, в качестве наполнителя в смесях для прокладок , тормозных колодках , пластмассах в автомобильной промышленности, в качестве фильтрующей среды и в качестве питательной среды в гидропонике .
Минеральные волокна производятся таким же способом, без связующего. Волокно как таковое используется в качестве сырья для армирования в различных областях применения, таких как фрикционные материалы, прокладки, пластмассы и покрытия .
Изделия из минеральной ваты могут быть спроектированы так, чтобы удерживать большое количество воды и воздуха, что способствует росту корней и усвоению питательных веществ в гидропонике ; их волокнистая природа также обеспечивает хорошую механическую структуру, обеспечивающую устойчивость растения. Естественно высокий уровень pH минеральной ваты делает ее изначально непригодной для роста растений и требует «кондиционирования» для получения шерсти с подходящим стабильным pH. [12] : 16 Методы кондиционирования включают предварительное замачивание минеральной ваты в питательном растворе с pH 5,5 до тех пор, пока она не перестанет пузыриться.
Высокотемпературная минеральная вата используется в первую очередь для изоляции и футеровки промышленных печей и литейных цехов для повышения эффективности и безопасности. Его также используют для предотвращения распространения огня. [5]
Использование высокотемпературной минеральной ваты позволяет создавать более легкие конструкции промышленных печей и другого технического оборудования по сравнению с другими методами, такими как огнеупорный кирпич, из-за ее высокой термостойкости на вес, но имеет тот недостаток, что она дороже, чем другие материалы. методы.
Международное агентство по исследованию рака ( IARC ) рассмотрело канцерогенность искусственных минеральных волокон в октябре 2002 года . 2Б ). К ним относятся огнеупорные керамические волокна, которые используются в промышленности в качестве изоляции в высокотемпературных средах, таких как доменные печи , и некоторые стекловаты специального назначения, не используемые в качестве изоляционных материалов. Напротив, наиболее часто используемые стекловатные волокна, производимые с 2000 года, включая изоляционную стекловату, каменную вату и шлаковую вату, считаются «не поддающимися классификации в отношении канцерогенности для человека» ( Группа 3 ).
Производятся высокобиорастворимые волокна, которые не наносят вреда клеткам человека. Эти новые материалы были проверены на канцерогенность, и большинство из них оказались неканцерогенными. МАИР решило не проводить общую оценку недавно разработанных волокон, предназначенных для меньшей биостойкости, таких как щелочноземельные силикатные волокна или волокна с высоким содержанием глинозема и низким содержанием кремнезема. Это решение было принято отчасти потому, что данные о людях не были доступны, хотя такие волокна, которые были протестированы, по-видимому, обладают низким канцерогенным потенциалом у экспериментальных животных, а также потому, что Рабочая группа столкнулась с трудностями при классификации этих волокон на значимые группы на основе химического состава. [14]
Европейский Регламент (CE) № 1272/2008 о классификации, маркировке и упаковке веществ и смесей, обновленный Регламентом (CE) № 790/2009, не классифицирует волокна минеральной ваты как опасные вещества, если они соответствуют критериям, определенным в Обратите внимание: Вопрос.
Европейский совет по сертификации изделий из минеральной ваты, EUCEB, сертифицирует изделия из минеральной ваты, изготовленные из волокон, в соответствии с примечанием Q, гарантируя, что они имеют низкую биологическую стойкость и быстро выводятся из легких. Сертификация основана на консультациях независимых экспертов и регулярном контроле химического состава.
Из-за механического воздействия волокон изделия из минеральной ваты могут вызывать временный зуд кожи. Чтобы уменьшить это и избежать ненужного воздействия пыли из минеральной ваты, информация о передовой практике размещена на упаковке изделий из минеральной ваты с пиктограммами или предложениями. Инструкции по безопасному использованию, аналогичные паспортам безопасности, также доступны у каждого производителя.
Люди могут подвергнуться воздействию волокон минеральной ваты на рабочем месте при вдыхании, контакте с кожей и глазами. Управление по охране труда (OSHA) установило законный предел ( допустимый предел воздействия ) для воздействия волокон минеральной ваты на рабочем месте на уровне 15 мг/м 3 общего воздействия и 5 мг/м 3 воздействия на органы дыхания в течение 8-часового рабочего дня. Национальный институт охраны труда (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия (REL) на уровне 5 мг/м 3 общего воздействия и 3 волокон на см 3 в течение 8-часового рабочего дня. [15]
Регистрация, оценка, разрешение и ограничение использования химических веществ (REACH) — это постановление Европейского Союза от 18 декабря 2006 года. REACH касается производства и использования химических веществ, а также их потенциального воздействия как на здоровье человека, так и на окружающую среду. Форум по обмену информацией о веществах (SIEF) был создан для нескольких типов минеральной ваты. AES, ASW и PCW были зарегистрированы до первого крайнего срока — 1 декабря 2010 г. и, следовательно, могут использоваться на европейском рынке.
13 января 2010 года некоторые алюмосиликатные огнеупорные керамические волокна и циркониевые алюмосиликатные огнеупорные керамические волокна были включены в список кандидатов на вещества, вызывающие особую озабоченность . В ответ на опасения, высказанные по поводу определения и досье, на веб-сайте ECHA были размещены два дополнительных досье для ознакомления, в результате чего в списке кандидатов появились две дополнительные записи. Эта фактическая ситуация (четыре записи для одного вещества/группы веществ) противоречит предусмотренной процедуре REACH. Помимо этой ситуации, опасения, высказанные в ходе двух периодов консультаций, остаются в силе.
Независимо от высказанных опасений, включение вещества в список кандидатов немедленно влечет за собой следующие юридические обязательства производителей, импортеров и поставщиков изделий, содержащих это вещество в концентрации выше 0,1% (мас.):
Аморфная высокотемпературная минеральная вата (AES и ASW) производится из струи расплавленного стекла, которая распыляется струей воздуха под высоким давлением или путем попадания струи на вращающиеся колеса. Капли втягиваются в волокна; масса как волокон, так и оставшихся капель охлаждается очень быстро, так что кристаллические фазы не могут образоваться.
Когда аморфная высокотемпературная минеральная вата укладывается и используется в высокотемпературных условиях, таких как промышленные печи, по крайней мере одна сторона может подвергаться воздействию условий, вызывающих частичное расстекловывание волокон. В зависимости от химического состава стекловолокна, а также времени и температуры воздействия материалов могут образовываться различные стабильные кристаллические фазы.
При использовании высокотемпературной минеральной ваты кристаллические кристаллы кремнезема внедряются в матрицу, состоящую из других кристаллов и стекол. Экспериментальные результаты по биологической активности высокотемпературной минеральной ваты после использования не продемонстрировали какой-либо опасной активности, которая могла бы быть связана с любой формой кремнезема, который она может содержать.
Из-за неразлагаемости минеральной ваты и потенциального риска для здоровья разрабатываются материалы-заменители: наиболее распространены изоляционные материалы из конопли , льна , шерсти , дерева и пробки . Биоразлагаемость и безопасность для здоровья — основные преимущества этих материалов. Их недостатками по сравнению с минеральной ватой являются существенно более низкая устойчивость к плесени, более высокая горючесть и немного более высокая теплопроводность (утеплитель из пеньки: 0,040 Втм -1· к -1 , изоляция из минеральной ваты: 0,030-0,045 Вт -1· к -1 ). [16]
