Описание физических свойств минералов. Физические свойства минералов. Критерии выбора минеральной ваты

Текст: Светлана Ракутова

Можно ли проводить лечение организма с помощью обычной минеральной воды, каковы лечебные свойства минеральной воды и чем полезна минеральная вода для детей?

Свойства минеральной воды

Мы любим пить минеральную воду не только потому, что нам нравится ее вкус, но и потому, что понимаем – пить минеральную воду полезно для здоровья. Полезные свойства минеральной воды обусловлены тем, что она содержит растворенные минералы, которые есть в грунтовых водах. Такими же свойствами обладает вода, которую берут из родников или поднимают из деревенских колодцев. Газированная минеральная вода также содержит природные газы или же она может быть искусственно газирована углекислым газом . Разные страны устанавливают различные стандарты для количества минералов, необходимых для того, чтобы бутилированная вода называлась «минеральной».

Одно из самых ценных свойств минеральной воды – отсутствие лишних калорий. Пить минеральную воду - это способ обеспечивать организм полезными микроэлементами, не прибавляя в весе. Газированная минеральная вода обычно содержит кальций, магний, калий и иногда натрий. Это самые распространенные минералы в составе грунтовых вод. Некоторые виды газированной минеральной воды содержат хром, медь, цинк, железо, марганец, селен и другие полезные микроэлементы, каждый из которых имеет большое значение для здоровья. Минеральная вода является лучшим источником минералов, чем любая другая вода, например, взятая из колодца. В некоторых странах с современными системами фильтрации воды люди могут пить ее из-под крана. Но она, конечно же, не сравнится по свойствам с минеральной водой. А в нашей стране водопроводная вода чаще всего содержит фтор и хлор, что может пагубно сказаться на здоровье многих людей.

Если сравнивать свойства минеральной воды со свойствами дистиллированной, то последняя совсем не содержит минеральных веществ. Как и многие марки фильтрованной воды, которую продают в магазинах – в ней также очень мало или вообще нет минеральных веществ.

Лечебные свойства минеральной воды

Когда говорят о лечебных свойствах минеральной воды, обычно вспоминают о содержании в ней большого количества кальция. Минеральная вода может стать альтернативным источником кальция для людей с непереносимостью лактозы . Такие люди не в состоянии потреблять большинство молочных продуктов из-за своей болезни. Но вместо молока они могут пить минеральную воду. Кальция в ней, конечно, не так много как в молочных продуктах, но все же. Тем более что усвояемость кальция, полученного из минеральной воды, вполне сопоставима с усвояемостью кальция из молочных продуктов.

Очень важным лечебным свойством минеральной воды называют ее способность снижать в организме уровень холестерина. Употребление газированной воды может снизить количество в организме липопротеинов низкой плотности, так называемого «плохого» холестерина, и наоборот, увеличить количество «хорошего» холестерина – липопротеинов высокой плотности. Эти данные подтверждаются исследованиями, проводившимися в 2004 году на группе женщин старшего возраста (находящихся в постменопаузе), которые пили богатую натрием газированную минеральную воду.

Наконец, еще одно лечебное свойство минеральной воды – это гидратация, то есть увлажнение организма. Взрослому человеку обычно нужно около 3 литров воды в день, а в жаркие дни или при активных занятиях спортом – больше. При этом средний человек не особенно задумывается о подобных вопросах и не так часто в течение дня пьет обычную воду. А газированная минеральная вода, поощряя человека своими вкусовыми качествами, обеспечит требуемый уровень гидратации организма.

Столовая минеральная вода

Состав столовой минеральной воды очень сильно зависит от конкретной марки. Однако общие характеристики у них конечно есть. В первую очередь, любая столовая минеральная вода не содержит жира и калорий. Многие люди не учитывают содержание калорий в таких напитках, как кока-кола или фруктовые соки. Бесконтрольное употребление таких напитков вполне может сорвать программу потери веса. Причем уменьшение количества «жидких калорий» может привести к увеличению веса, в отличие от сокращения потребления калорий из пищи. Здесь очевиден выбор в пользу столовой минеральной воды, употребление которой всегда будет держать калории под контролем.

Почти во всех марках столовой минеральной воды, кроме кальция и натрия, содержится также магний. Этот микроэлемент имеет огромное значение для здоровья костей, кроме того, он также поддерживает развитие клеток, мышечной и нервной ткани. Обычная столовая минеральная вода содержит до 41% суточной рекомендуемой нормы потребления магния. Помните, что вы должны стремиться к тому, чтобы ежедневное получение магния и других микроэлементов, осуществлялось не только из столовой минеральной воды, но и из продуктов питания.

Минеральная вода для детей

Родители сталкиваются с трудным выбором, когда речь заходит о принятии решения о самом здоровом напитке, который мог бы вписаться в сбалансированную диету для ребенка. Сталкиваясь с плотным потоком рекламной информации, предлагающей тысячи разных марок вкусных напитков для детей, ребенок с трудом соглашается пить обычную воду. Убедить маленького ребенка в том, что это полезно для здоровья невозможно, для него главное, чтобы было «вкусно». Тем не менее, простая минеральная вода для детей гораздо полезнее для его организма, чем сладкие фруктовые газировки или молочные коктейли.

Здесь стоит отметить, что минеральная вода, обогащенная углекислотой, для детей вовсе не полезна. Газированная вода и газированные безалкогольные напитки в долгосрочной перспективе оказывают негативное воздействие на здоровье ребенка. Производители насыщают газированную минеральную воду для детей не только фосфорной и угольной кислотой, для создания пузырьков, но и различными вкусовыми добавками - различными подсластителями техногенной природы, которые вреднее обычного сахара, добытого из фруктов. Употребление газированной минеральной воды для детей на протяжении длительного времени приводит к снижению в детском организме уровня кальция. Это может ослабить корни зубов и вызвать повреждения зубного налета. А лишний сахар подвергает детей риску развития диабета.

Минеральные наполнители, такие как карбонат кальция, тальк, кремнезем, весьма распространены в полимерной промышленности. Они часто, при стоимости 6-15 центов/фунт, заменяют значительно более дорогие полимеры, повышают жесткость наполненного продукта и придают полимеру более высокую огнестойкость. На мировом рынке наполнителей для пластмасс преобладают технический углерод (сажа) и карбонат кальция. Примерно из 15 млрд фунтов наполнителей в Америке и Европе около половины объема входят в состав эластомеров, одна треть - в термопласты, а остальные - в термореактивные материалы. Около 15% всех производимых пластмасс содержат наполнители.

Помимо стоимости, обычно рассматривают следующие свойства минеральных наполнителей (или должны рассматривать) при использовании их в качестве наполнителя в композитных материалах (свойства приведены без какого-либо определенного порядка):

Химический состав;

Коэффициент формы;

Плотность (удельный вес);

Размер частиц;

Форма частиц;

Распределение частиц по размерам;

Площадь поверхности частиц;

Способность поглощать масло;

Огнестойкие свойства;

Влияние на механические свойства композитного материала;

Влияние на вязкость расплава;

Влияние на усадку расплава;

Термические свойства;

Цвет, оптические свойства;

Влияние на выцветание и долговечность полимеров и композитов;

Влияние на здоровье и безопасность.

Дадим несколько предварительных общих описаний, которые будут детализированы ниже на конкретных примерах минеральных (и смешанных) наполнителей.

Общие свойства минеральных наполнителей

Химический состав

Наполнители могут быть неорганическими, органическими или смешанными, например, Biodac, как описано выше. Biodac - это гранулированная смесь целлюлозного волокна, карбоната кальция и каолина (глина). Типичные неорганические наполнители могут быть простыми солями, типа карбоната кальция (СаСО 3) или волластонита (CaSiO 3), с точной химической структурой; сложными неорганическими материалами, типа талька [гидратированный силикат магния, Mg 3 Si 4 O l0 (OH) 2 ] или каолина (гидратированный силикат алюминия, Al 2 O 3 -2SiO 2 -2H 2 O); или могут быть соединениями с неопределенным или переменным составом, типа слюды, глины и зольной пыли. Последнюю можно рассматривать как силикат алюминия с включениями других элементов.

Коэффициент формы

Это отношение длины частицы к ее диаметру. Для сферических или кубических частиц коэффициент формы равняется единице. Для частиц карбоната кальция коэффициент формы составляет обычно 1-3. Для талька коэффициент формы обычно находится в интервале 5-20. Для молотого стеклянного волокна он составляет от 3 до 25. Для слюды - 10-70. Для волластонита его значение между 4 и 70. Для рубленого стекловолокна - между 250 и 800. Для натуральных волокон, типа целлюлозы, коэффициент формы может быть от 20-80 до нескольких тысяч. Низкий коэффициент формы составляет менее 10. Однако перечисленные значения приведены для наполнителей, не переработанных в смесителе и/или экструдере. После переработки коэффициент формы может уменьшаться от нескольких дюжин и сотен до 3-10.

Плотность (удельный вес)

Хотя удельный вес минеральных наполнителей может изменяться в широком диапазоне, удельный вес наполнителей, которые применяются (или, вероятно, должны применяться) в ДПК, для всех высокий, около 2,1-2,2 (зольная пыль) и 2,6-3,0 г/см 3 (карбонат кальция, тальк, каолин, слюда, глина). Biodac, гранулированная смесь карбоната кальция с каолином и целлюлозным волокном, имеет удельный вес 1,58 г/см 3 .

В табл.1 показано, как минеральные наполнители влияют на плотность наполненных полимеров по сравнению с древесным волокном.

Таблица 1. Влияние удельного веса наполнителей на плотность наполненного полимера. Целлюлозные волокна (древесная мука, рисовая шелуха) обычно имеют удельный вес 1,3 г/см 3 ; карбонат кальция и тальк обычно имеют плотность 2,8 г/см 3

* Соответствующие экспериментальные данные для наполненного полипропилена следующие: с 20% целлюлозных волокон, 0,98-1,00 г/см3; с 40% целлюлозных волокон, 1,08-1,10 г/см 3 ; с 40% карбоната кальция или талька, 1,23-1,24 г/см 3 .

Можно видеть, что присутствие 20-40% минеральных наполнителей значительно повышает плотность наполненного ПЭВП и полипропилена по сравнению с полимерами, наполненными целлюлозным волокном.

Примечание. Эти расчеты могут быть сделаны, как показано в следующем примере. Для ПЭВП, наполненного 20% карбоната кальция, 100 г наполненного полимера содержат 20 г СаСО 3 и 80 г полимера. Соответствующие объемные доли равны 20 г/2,8 г/см 3 = 7,1429 см 3 для СаСО3 и 80 г/0,96 г/см 3 = 83,3333 см 3 для ПЭВП. Общий объем наполненного полимера - 7,1429 см 3 + 83,3333 см 3 = 90,4762 см 3 . Поскольку масса этого образца - 100 г, удельный вес наполненного полимера -100 г/90,4762 см 3 =1,105 г/см 3.

Примечание. Как не нужно вычислять удельный вес композиционного материала. Обычная ошибка состоит в смешении объемных и массовых долей в вычислениях. Например, в вышеупомянутом случае для ПЭВП, наполненного 20% карбоната кальция, неверным был бы расчет полученого удельного веса 0,2 х 2,8 г/см 3 + 0,8 х 0,96 г/см 3 = 1,328 г/см 3 . Правильным ответом, как мы знаем, является 1,105 г/см 3 (см. выше). Ошибкой было взять объемные доли 0,2 и 0,8 как массовые доли в полученной композиции.

Размер частиц

Для целей этого обсуждения наполнители можно разделить на крупные частицы (более 0,1-0,3 мм, 20-150 меш), частицы большого размера (около 0,1 мм или 100 мкм, 150-200 меш), частицы среднего размера (около 10 мкм, 250 меш), частицы маленького размера (около 1 мкм), тонкодисперсные частицы (около 0,1 мкм), и наночастицы (слоистые - толщиной 1 нм или 0,001 мкм, и длиной 200 нм или 0,2 мкм; интеркалированные - толщиной 30 нм, длиной 200 нм). Наночастицы не рассматриваются в качестве наполнителей, а скорее, в качестве добавок. Примерами частиц вышеупомянутых размеров являются Biodac (крупные частицы), молотый карбонат кальция (большой размер частиц), глина (средний размер частиц), осажденный CaCO 3 (маленький размер частиц), некоторые специальные виды двуокиси кремния (мелкий размер частиц), расслаивающиеся частицы многослойных органоглин. Стоимость этих наполнителей увеличивается очень существенно при переходе от крупных и больших до маленьких и тонкодисперсных частиц, и особо - для наночастиц. Следовательно, только крупные и большие частицы наполнителей могут привести к экономии стоимости при замене полимера, если наполнители не придают композиционному материалу действительно полезные свойства, оправдывающие повышенную стоимость.

Форма частиц

Эта характеристика частично, но не полностью связана с коэффициентом формы частиц. При одинаковом коэффициенте формы, равном 1,0, частицы могут быть сферическими или кубическими, и сферические частицы (типа технического углерода, диоксида титана, окиси цинка) улучшают текучесть и уменьшают вязкость расплава полимеров и обеспечивают равномерное распределение напряжения в отвердевшем профиле, тогда как кубические частицы (гидроокись кальция) дают хорошее упрочнение профиля. Хлопья (каолин, слюда, тальк) облегчают ориентацию полимеров. Вытянутые частицы, типа волластонита, стекловолокна и целлюлозного волокна, древесной муки (волокна), уменьшают усадку и термическое расширение-сжатие, и в частности, упрочняют монолитный материал.

Распределение частиц по размерам

Частицы могут быть монодисперсными или обладают определенным распределением по размерам - широким, узким, бимодальным и так далее. Распределение может быть неоднородным, обычно имеет место смесь частиц различных размеров. Это свойство смеси частиц в значительной степени зависит от технологии измельчения и сортировки (просеивания) частиц. Широкое распределение или бимодальное распределение частиц минерального наполнителя могут быть полезными, поскольку они могут обеспечить лучшую плотность упаковки частиц в матрице. Распределение частиц по размерам может влиять на вязкость расплава.

Площадь поверхности частиц

Она непосредственно связана с «топографией» поверхности и пористостью наполнителя. Она измеряется в квадратных метрах на грамм наполнителя и может варьироваться от долей м 2 /г до сотен м 2 /г. Например, удельная поверхность волластонита изменяется от 0,4 до 5 м 2 /г, кремнезема - от 0,8 до 3,5 м 2 /г, целлюлозного волокна - около 1 м 2 /г, талька - от 2,6 до 35 м 2 /г, карбоната кальция - от 5 до 24 м 2 /г, каолина - от 8 до 65 м 2 /г, глины - от 18 до 30 м 2 /г, диоксида титана - от 7 до 162 м 2 /г, осажденной двуокиси кремния - от 12 до 800 м 2 /г. Удельная поверхность частиц очень сильно зависит от метода, который применяется для измерения площади. Чем меньше молекула, используемая для измерений, тем больше удельная поверхность, полученная на грамм материала. Однако, при смешении с расплавом полимера, маленький молекулярный размер пор в минеральном наполнителе является неподходящим. Большие открытые поры, напротив, могут обеспечить не только площадь адгезии расплава полимера, но также и дополнительное физическое взаимодействие между наполнителем и полимером после его затвердевания.

Эти два свойства идут рука об руку и связаны до известной степени с «гигроскопичностью» наполнителя. Однако влагосодержание обычно отражает массу (процент) воды на единицу массы наполнителя в данных обстоятельствах (например, после или в процессе сушки), тогда как способность поглощать воду часто означает максимальное достижимое влагосодержание или влагосодержание после достижения кажущегося равновесия в условиях окружающей среды. Влагосодержание основной массы рисовой шелухи в летние месяцы может быть около 9,5 %масс. Влагосодержание высушенной рисовой шелухи может быть 0,2-0,5%. Высокое содержание влаги в наполнителе приводит к образованию пара в процессе компаундирования и экструзии, что может привести к высокой пористости (и низкой плотности) конечного экструдированного профиля. Это, в свою очередь, уменьшает его прочность и жесткость, и увеличивает скорость окисления в течение срока службы, следовательно, снижается долговечность.

Низкое содержание влаги в наполнителях обычно наблюдается в карбонате кальция и волластоните (0,01-0,5%), тальке и тригидрате алюминия, слюде (0,1-0,6%). Среднее содержание влаги может наблюдаться в гидроксиде титана (до 1,5%), глине (до 3%), каолине (1-2%) и Biodac (2-3%). Высокое влагосодержание часто обнаруживается в целлюлозном волокне (5-10%), древесной муке (до 12%) и зольной пыли (до 20%). Biodac поглощает до 120% воды при прямом контакте с избытком воды.

Способность абсорбировать масло

Эта свойство может быть полезным для гидрофобных полимеров, типа полиолефинов, поскольку гидрофобные наполнители могут показать хорошее взаимодействие с матрицей. Кроме того, гидрофобные наполнители могут очень существенно влиять на вязкость матрицы, следовательно, ее реологию и текучесть. Наполнители обычно абсорбируют масло в гораздо более высоких количествах по сравнению с водой. Карбонат кальция поглощает 13-21% масла, тригидрат алюминия поглощает 12-41% масла, диоксид титана 10-45%, волластонит 19-47%, каолин 27-48 %, тальк 22-51%, слюда 65-72% и древесная мука 55-60%. Biodac поглощает 150% масла по массе.

Как правило, если маслоемкость низкая, наполнитель не изменяет вязкость расплава в большой степени. Из-за этого тест на поглощение масла часто используется для характеристики влияния наполнителей на реологические свойства наполненных полимеров.

Огнестойкость

«Активные» антипирены, типа тригидрата алюминия или гидроксида магния, охлаждают область горения за счет выделения воды выше определенной температуры. Многие инертные наполнители, типа карбоната кальция, таль ка, глины, стекловолокна и так далее, могут замедлять распространение пламени только за счет «устранения топлива» для распространения пламени или замедлить выделение тепла. Однако они существенно не меняют температуру воспламенения. Они действуют скорее путем растворения топлива в твердой (полимерной) фазе. Карбонат кальция выделяет инертные газы (углекислый газ) при температуре около 825 °C, которая слишком высока для растворения горючей газообразной фазы, воспламеняющейся значительно ниже этой температуры.

Влияние на механические свойства композиционного материала

Минеральные наполнители обычно улучшают как прочность при изгибе, так и модуль упругости при изгибе наполненных пластмасс и ДПК (табл. 2), однако степень улучшения различна для прочности и модуля упругости при изгибе. Влияние на прочность при изгибе часто не более 10-20%. Влияние на модуль упругости при изгибе может достигать 200-400%, и это часто зависит от размера частиц наполнителя и его коэффициента формы. Чем выше содержание наполнителя и коэффициент формы, тем больше влияние наполнителя на модуль упругости при изгибе (хотя и не всегда, в частности, это относится к содержанию наполнителя).

На основании влияния наполнителей на прочность наполненных полимеров, наполнители могут подразделяться как раз на наполнители и армирующие наполнители.

Таблица 2. Влияние неорганических наполнителей и древесной муки на прочность при изгибе и модуль упругости при изгибе полипропилена (гомополимер)

Наполнители типа древесной муки, карбоната кальция, часто сохраняют прочность почти без изменения, обычно в пределах ±10% ненаполненного полимера. С армирующими наполнителями, такими как древесное волокно с высоким коэффициентом формы, стекловолокно, прочность наполненного полимера всегда увеличивается.

Таким образом, некоторые минеральные наполнители повышают прочность при изгибе полипропилена на 30-45%, тогда как древесная мука повышает прочность при изгибе того же полимера только на 7-10%. Влияние наполнителей на жесткость пластмасс намного более выражено, и минеральные наполнители повышают модуль упругости при изгибе полипропилена до 300%, а древесная мука повышает модуль упругости при изгибе того же полимера на 150-250%.

Прочность при растяжении чистого и наполненного полипропилена примерно одинакова, или несколько снижается при наполнении полимера древесной мукой (табл. 3).

Таблица 3. Влияние неорганических наполнителей и древесного волокна на прочность и модуль упругости при растяжении полипропилена (гомополимер)

Стекловолокно повышает прочность при растяжении полипропилена до 15%; тальк не дает почти никаких изменений; карбонат кальция и древесная мука снижают прочность при растяжении того же полимера на 15-30%. По отношению к модулю упругости при растяжении, повышение его составило до 3,6 раз (тальк, стекловолокно) и до 1,6-2,6 раз (древесная мука, карбонат кальция).

Трудно предсказать количественно, как на прочность при изгибе и модуль ДПК будет влиять введение минеральных наполнителей, поскольку могут вмешаться свойства и количество смазок (табл. 4).

В табл. 4. показано, что, хотя прочность и модуль при изгибе увеличиваются с увеличением содержания талька по сравнению с этими же свойствами с древесной мукой, смазка снижает эффект.

Таблица 4. Влияние талька на прочность и модуль упругости при изгибе композиционного материала древесная мука-полипропилен в присутствии различных количеств смазки (данные были предоставлены Luzenac America)

Влияние на вязкость расплава

Она зависит от размера частиц, формы частиц, коэффициента формы, удельной массы наполнителя и других свойств наполнителей. Следующий пример иллюстрирует это «общее» свойство наполнителей. Когда полипропилен, имеющий показатель текучести расплава 16,5 г/10 мин., наполнили небольшим количеством минерального и целлюлозного наполнителей, его ПТР (в г/10 мин.) был следующим:

40% CaCO 3 15,1;

40% талька 12,2;

40% стекловолокна 9,6;

20% древесной (сосновой) муки 8,6;

40% древесной муки 1,9.

Очевидно, древесная мука оказывает намного большее влияние на вязкость расплава по сравнению с неорганическими наполнителями.

Влияние на технологическую усадку

Она, очевидно, зависит от содержания наполнителей (следовательно, содержания полимера) и способности наполнителей препятствовать кристаллизации полимера. Чем меньше кристаллиты в наполненном полимере, тем меньше усадка. Чем меньше полимера в наполненном композите, тем меньше усадка. При одинаковом содержании наполнители с нуклеирующим эффектом приводят к меньшей технологической усадке. Например, если полипропилен, имеющий технологическую усадку 1,91%, был наполнен небольшим количеством минерального наполнителя и целлюлозным волокном, его технологическая усадка стала следующей:

40% CaCO 3 1,34%;

20% древесного - волокна 0,94%;

40% талька - 0,89%;

40% древесного волокна - 0,50%;

40% стекловолокна -0,41%.

Видно, что все наполнители снижают технологическую усадку, причем древесная мука показывает лучшие результаты по сравнению с карбонатом кальция и тальком, но более высокую усадку по сравнению со стеклянным волокном.

Термические свойства

Термическое расширение-сжатие неорганических наполнителей значительно ниже по сравнению с полимерами. Поэтому, чем выше содержание наполнителя, тем ниже коэффициент расширения-сжатия композиционного материала. Многие неорганические неметаллические наполнители уменьшают теплопроводность композиционного материала. Например, по сравнению с теплопроводностью алюминия (204 Вт/град-К-м) для талька она составляет 0,02, диоксида титана 0,065, стекловолокна 1 и карбоната кальция 2-3. Поэтому неметаллические минеральные наполнители являются скорее теплоизоляторами, чем проводниками тепла. Это свойство наполнителей влияет на текучесть наполненных полимеров и композиционных материалов на полимерной основе при экструзии.

Цвет: оптические свойства

Цвет наполнителей должен непременно учитываться при их высоком содержании, особенно если необходимо изготовить профиль светлых тонов. Однако композиционные материалы обычно содержат достаточно многие красителей для предотвращения окраски наполнителями, за исключением очень темных, типа технического углерода. Наполнители дают непрозрачность продукта, что является несущественным фактором в цветных композиционных материалах.

Влияние на выцветание и долговечность полимеров и композитов

Минеральные наполнители часто содержат примеси (типа свободных металлов), которые являются катализаторами термо- и/или фотоокисления наполненного полимера. Эта тема будет рассматриваться более подробно в главе 15. Здесь мы дадим только два примера выцветания наполненного CaCO 3 ПЭВП и полипропилена, с 76 и 80 %масс. наполнителя, соответственно. Матрица имела показатель текучести расплава, равный 1 г/10 мин. (ПЭВП) и 8 г/10 мин. (полипропилен). Озоление обоих наполненных полимеров при 525 °C показало содержание золы 76,0±0,1% (ПЭВП-CaCO 3) и 79,9±0,1% (ПП-CaCO 3). Через 250 часов в атмосферной камере (Q-SUN 3000, УФ фильтр: дневной свет, УФ датчик: 340, 0,35 Вт/м 2 , черная пластина 63 °C, ASTM G155-97, цикл 1: свет 1:42, свет + распыление 0:18) коэффициент обесцвечивания увеличился с 83,7 до 84,3 (ΔL = +0,6) [ПЭВП-CaCO 3 76%] и с 85,6 до 88,8 (ΔL = +3,2) [ПП-CaCO 3 80%]. Поскольку карбонат кальция в этом эксперименте имел одинаковое происхождение, повышенное обесцвечивание должно быть отнесено к более высокой чувствительности полипропилена к термо- и/или фотоокислению в поверхностном слое.

Другой пример, показывающий здесь влияние минеральных наполнителей на окислении ДПК (на основе ВОИ, то есть, времени окислительной индукции), - это долговечность экспериментальных террасных досок GeoDeck, изготовленных с тальком и слюдой в дополнение к обычному составу. Доска GeoDeck без добавления антиоксидантов имела ВОИ 0,50 мин. В присутствии 3 и 10% талька значение ВОИ составило 0,51 и 0,46 минут, соответственно. В присутствии 12,5 и 28,5% слюды значения ВОИ были 0,17 и 0,15 мин., соответственно. Это означает, что в последних двух примерах слюда фактически исключила стойкость (хотя она очень низкая) композиционного материала к окислению.

Здоровье и безопасность

Некоторые наполнители являются опасными материалами и требуют специального обращения и переработки. Ниже перечислены некоторые наполнители, которые ис пользуются или легко могут использоваться в композиционных материалах, классифицированных согласно основным параметрам, принятым в промышленности. Индексы означают: нет опасности, 0; небольшая опасность, 1; умеренная, 2; серьезная, 3; чрезвычайная опасность, 4. Коды хранения: общий, оранжевый; специальный, синий; опасный, красный.

Здоровье: зольная пыль и древесная мука, не классифицируются; карбонат кальция, каолин, 0; гидроксид алюминия, глина, стекловолокно, гидроксид магния, слюда, кварц, тальк, волластонит, 1.

Воспламеняемость:

Реактивность: зольная пыль и древесная мука, не классифицируются; все другие, перечисленные выше, 0.

Цветовой код хранения: древесная мука, не классифицируется; все другие, перечисленные выше, оранжевый.

Токсичность (мг/кг): все перечисленные выше не классифицируются; исключение - гидроксид алюминия, 150.

Канцерогенность: все перечисленные выше, нет (кроме талька - если содержит асбест).

Силикоз: карбонат кальция, глина, слюда, да; все перечисленные выше, нет.

Среднее взвешенное время (СВВ, среднее значение воздействия в течение 8-часовой рабочей смены), в мг/м3 : тальк, 2; слюда, 3; зольная пыль, карбонат кальция, стекловолокна, каолин, кремнезем, древесная мука, 10; гидроксид алюминия, глина, гидроксид магния, волластонит, не классифицируется.

Как видно, перечисленные наполнители обычно рассматривают как достаточно безопасные, если это не обозначено особо.

При выборе утеплителей одним из лидирующих материалов является минеральная вата, характеристики и свойства которой позволяют повысить пожаробезопасность, звуко- и теплоизоляционные параметры объекта. Она имеет натуральный состав, легко монтируется, её срок службы составляет до 50 лет. При этом минвата доступна по цене и выпускается в виде рулонов или плит, что делает её использование экономически выгодным.

Выбор в пользу конкретного утеплителя обусловлен их техническими характеристиками и свойствами. Именно от них зависит удобство монтажа и длительность эксплуатации материала. Характеристики минеральной ваты следующие:

• коэффициент теплопроводности изменяется в пределах от 0,03 до 0,052 Вт/м·К, в зависимости от толщины и плотности слоя;
• длина волокон составляет от 15 до 50 мм, а их диаметр – 5-15 мкм;
• максимальная предельная температура эксплуатации от +600 0 С до +1000 0 С;
• материал волокон: стекло, горные породы (базальт, доломит и др.), шлак из доменных печей;
• ширина плит и рулонов составляет 0,6-1 м, а толщина от 30 до 200 мм;
• плотность материала от 25 до 200 кг/м 3 .

К основным свойствам менераловатных утеплителей относятся:

• гибкость, позволяющая выполнять монтаж на поверхности практически с любой геометрией и формировать герметичные швы;
• высокая огнестойкость, за счёт которой достаточно легко можно обеспечить контакт нагреваемых конструкций с легко воспламеняемыми материалами;
• полностью натуральный состав, отсутствие в процессе эксплуатации выделения токсичных или вредных веществ;
• оптимальная паропроницаемость, не допускающая образования конденсата на поверхности с контактируемым материалом в результате резкого перепада температур;
• стойкость к биологическим воздействиям: грибку, плесени, грызунам и другим вредителям;
• звукоизоляционные свойства;
• гигроскопичность: в результате попадания влаги материал теряет изоляционные свойства, поэтому при монтаже необходимо уложить поверх него качественную гидроизоляцию.

Виды минеральной ваты

Выпускаются следующие виды минеральных ват, характеристики и свойства которых имеют существенные отличия:

• шлаковата;
• каменная вата;
• базальтовая вата.

Стекловата является самым дешевым материалом, так как производится из переработанного стекла, песка, извести и химических реагентов в печах при высоких температурах с последующим выдувом под давлением из центрифуги через специальную решетку. Толщина волокон 5-15 мкм, длина от 15 до 50 мм. Из-за содержания формальдегида применяется для утепления нежилых помещений: промышленных цехов, складов, мастерских и т. д.

При монтаже из-за хрупкости стеклянных волокон необходимо использовать индивидуальные средства защиты, чтобы предотвратить их попадание на открытые участки тела или в глаза.

Коэффициент теплопроводности стекловаты варьируется в пределах от 0,03 до 0,052 Вт/м·К. Предельный нагрев, при которых сохраняются все свойства материала, составляет до +450 0 С. Минимальная температура эксплуатации -60 0 С. При эксплуатации не теряет первоначальный объём и не деформируется.

Шлаковата

Шлаковую вату изготавливают из отходов металлургического производства, а именно – доменных шлаков. По этой причине она имеет остаточную кислотность, из-за которых, при контакте с металлическими поверхностями могут протекать процессы окисления. Кроме того, материал гигроскопичен, что требует применения качественной гидроизоляции.

Толщина волокон варьируется от 4 до 12 мкм, а длина – до 16 мм. Коэффициент теплопроводности – 0,046-0.048 Вт/м·К. Температурный интервал, при котором допускается эксплуатировать материал, составляет от -50 0 С до +300 0 С.

Технические характеристики минеральной ваты на основе шлаковых волокон не позволяют её эксплуатировать для изоляции труб, утепления фасадов и различных наружных поверхностей. Кроме того, она также, как и стекловата, обладает хрупкостью, поэтому при монтажных работах потребуется применение индивидуальных защитных средств.

Каменная вата

Каменная вата лишена недостатков стекловаты и шлаковаты – не имеет хрупкости, обладает высокой прочностью на разрыв, со временем практически не даёт усадки, выдерживает высокие температуры до +600 0 С и низкие от -45 0 С. Однако при этом является менее гигроскопичной.

Изготавливается каменная вата из волокон диабаза и габбро диаметром 5-12 мкм и длиной 16 мм. Обеспечивает коэффициент теплопроводности от 0,048 до 0,077 Вт/м·К.

Подходит для контакта с любыми материалами, легко гнётся, не требует использования индивидуальных средств защиты.

Базальтовая вата

Базальтовая вата, как и каменная, изготавливается из габбро-базальтовых волокон с диаметром 5-15 мкм и длиной 20-50 мм, однако не содержит минеральных или связующих добавок. За счёт этого повышается температурный интервал её использования от -190 0 С до +1000 0 С и обеспечивается самый низкий уровень гигроскопичности, по сравнению с другими минераловатными утеплителями.

Коэффициент теплопроводности варьируется в пределах от 0,035 до 0,039 Вт/м·К. Уровень звукоизоляции составляет 0,9-99 дБ. Материал относится к классу негорючих, благодаря чему может контактировать с нагретыми конструкциями. Срок службы базальтовой ваты составляет до 80 лет.

Марки минеральной ваты и их характеристики

Параметры и характеристики утепления минеральной ваты классифицируются в зависимости от плотности утеплителя следующим образом:

• П-75;
• П-125;
• ПЖ-175;
• ППЖ-200.

Минвата П-75 имеет плотность 75 кг/м 3 и обладает высокой гибкостью. Подходит для теплоизоляции ненагружаемых горизонтальных или с минимальным наклоном конструкций, а также коммуникаций. Применяется также для теплоизоляции кровли, чердаков, потолков, полов по лагам, водопроводных и отопительных труб, вентиляционных каналов.

Минеральная вата П-125 с плотностью 125 кг/м 3 отличается от предыдущей марки тем, что обладает отличными звукоизоляционными свойствами, высокой прочностью и оптимальной гибкостью. Основная сфера её применения – утепление газо- или пенобетонных стен, межкомнатных перегородок, фасадов, балконов.

Характеристики видов минеральной ваты с маркировкой ПЖ-175 имеют существенное отличие от обычных утеплителей, благодаря повышенной жёсткости, которая позволяет выполнять монтаж на нагружаемые и вертикальные конструкции. Их плотность составляет 175 кг/м 3 , обладают отличными звукоизоляционными и минимальными противопожарными свойствами. Укладываются на стальные, деревянные и бетонные плоские поверхности.

Минвата ППЖ-200 имеет плотность 200 кг/м 3 и обладает повышенной жёсткостью и отвечает всем требованиям негорючих материалов по противопожарной безопасности. Используются для утепления промышленных, складских и торговых объектов. Монтаж возможен только на плоские поверхности со статическими нагрузками, так как плиты имеют минимальную гибкость за счёт использования армирующего внутреннего слоя.

Критерии выбора минеральной ваты

При выборе подходящего типа минераловатного утеплителя рекомендуется опираться на следующие критерии:

• коэффициент теплопроводности и толщину материала;
• плотность листов, характеризующие нагрузку на утепляемые конструкции;
• показатели гигроскопичности;
• тип поставки материала: рулоны или плиты;
• звукоизоляционные свойства;
• тип волокон и наличие в составе вредных химических компонент;
• прочность на разрыв и гибкость для утепления поверхностей сложной формы.

• несмотря на дороговизну продукции брендовых производителей, рекомендуется использовать именно её, так как она обладает гарантированными характеристиками и, самое главное, имеет заявленную долговечность;
• выбор рулонов или плит зависит от типа и сложности работ по утеплению, но всегда должен сводиться к получению минимального количества стыковочных швов;
• от материала с волокнами, расположенными горизонтально или вертикально по длине, лучше отказаться в пользу с хаотичными, так как он обладает большей прочностью;
• стоимость ваты определяется не только типом волокон, а и их плотностью, поэтому важно в первую очередь изучать технические характеристики, а не смотреть на цену;
• нужно находить оптимальный вариант для получения достаточного уровня теплоизоляции и при этом не перегружать несущую конструкцию;
• для утепления жилых домов следует подбирать минвату с минимальным содержанием формальдегидных смол;
• утеплитель даже с минимальным уровнем гигроскопичности необходимо гидроизолировать, чтобы максимально продлить срок его эксплуатации, поэтому заранее нужно внести соответствующие изменения в смету затрат;
• перед покупкой важно убедиться в соответствии материала заявленным характеристикам: размеру листов, толщине, гибкости, сохранению формы.

Кроме того, для удобства монтажа важно подбирать минеральную вату по жёсткости, которая позволит плотно стыковать её с обрешёткой, исключать появление воздушных пазов, зазоров и других дефектов. На данный параметр может влиять не только толщина слоя, а и наличие фольгированного слоя или армирующих волокон.

Качественно по жёсткости можно выделить следующие типы минваты:

• мягкие, применяемые для изоляции трубных коммуникаций (дымоходов, труб) или кровельного пирога;
• полужёсткие, используемые для наружной теплоизоляции фасадов и в качестве среднего слоя в сэндвич-панелях;
• жёсткие, предназначенные для изоляции плоских металлических или деревянных поверхностей стен, полов, потолков, кровель и т. д.

При подборе материала с подходящим коэффициентом теплопроводности следует руководствоваться следующими критериями:

• данными о средних температурах в зимний и летний периоды в конкретном регионе;
• толщине стен здания и теплопроводностью материалов, из которых они были возведены.

Обычно при покупке материалы приобретают с небольшим запасом по параметрам. Однако при этом важно не забывать про экономическую выгоду от получения реальных теплоизоляционных свойств по сравнению с требуемыми и не допускать переплат.

Преимущества и недостатки минеральной ваты

Независимо от конкретного вида и характеристик, минеральная вата обладает рядом следующих преимуществ:

• простота монтажа на любые типы материалов, применяемых в строительстве объектов;
• повышенная стойкость к химическим веществам;
• сохранение всех свойств в течение минимум 30 лет;
• минимальная усадка (1-5%, в зависимости от типа волокон) за весь период эксплуатации;
• повышенная огнестойкость и пожаробезопасность;
• лёгкость обработки;
• допустимость установки в любых типах помещений с оптимальным уровнем влажности;
• минимальный коэффициент теплоизоляции;
• паропроницаемость, предотвращающая накопление капель конденсата на поверхности контакта с другими материалами;
• относительно невысокая стоимость.

К недостаткам минераловатных утеплителей следует отнести:

• гигроскопичность: при накоплении влаги безвозвратно теряются все свойства;
• выделение при нагреве формальдегида и соединений на его основе;
• вредность мелких волокон, попадающих в органы дыхания и зрения.

Области применения

Применение минеральной ваты на основе подбора характеристик допустимо в следующих целях:

• теплоизоляции фасадных стен;
• изоляции нагретых коммуникаций, печей, дымоходов и производственного оборудования;
• утепления кровельного пирога, стен, полов, потолков, перекрытий;
• изоляции холодильных установок;
• в качестве звукоизолирующего материала.

Несмотря на то, что в составе утеплителя есть небольшое количество формальдегидных соединений, их концентрация не представляет опасности для здоровья людей. Главное, полностью соблюдать все требования технологии монтажа, чтобы минимизировать влияние влаги и исключить прогрев выше допустимых пределов.

Использование минваты отдельно в качестве звукоизоляционных материалов не является выгодным, однако в виде дополнительного свойства к теплоизоляции – весьма выгодным вложением финансовых средств. В некоторых случаях, например, при утеплении фасада, для создания оптимальной акустической обстановки внутри помещений, не потребуется укладка слоя звукоизоляции.

При сравнении срока службы минваты с аналогами оказывается, что они примерно одинаковы. При этом волокнистые утеплители пожаробезопасны и не выделяют токсических веществ при эксплуатации в разрешённом температурном режиме. Кроме того, их легче транспортировать и укладывать.

Минеральная вата – утеплитель, характеристики которого ничуть не уступают другим типам теплоизоляционных материалов, является наиболее востребованным при строительстве и ремонте различных объектов. Волокнистая структура из различных минеральных пород обладает различными свойствами и различается по стоимости, что позволяет подобрать наиболее выгодный вариант для монтажа.

В этой статье: история создания минеральной ваты; из чего и как производится минвата; виды, свойства и характеристики минеральной ваты; что обеспечивает минвате тепло- и звукоизоляционные свойства; классификация минеральной ваты; как справиться с отрицательными свойствами; на что обратить внимание при покупке.

Среди множества забот о своем жилище проблема утепления и защищенности от шума стоит на первых позициях. Летний зной и зимняя стужа — защиту от этих сезонных явлений человечество изобретало веками, но чаще всего опиралось на источники тепла, будь то открытый огонь или электрообогреватель. Что до звукоизоляции, то часто возникает ощущение, будто живешь как в булгаковском «Трактате о жилище» — в близком подобии «телефонной трубки», в которой звуки проникают часто и отовсюду. Решить две проблемы сразу позволят изоляционные материалы на основе минеральной ваты — только вот выбирать их следует внимательно и крайне придирчиво.

Своим возникновением минеральная вата обязана природе — во время извержения вулканов, помимо лавы и палящих туч, образуются тонкие нити из расплавленных брызг шлака, подхваченных ветром. Заметив это и решив, что такой материал отлично подойдет в качестве утеплителя, английский промышленник Эдвард Перри в 1840 году воспроизвел процесс формирования нитей из доменного шлака. Но им была допущена грубейшая ошибка — создание шлаковой ваты проходило в открытую, поэтому часть произведенных волокон свободно разлеталась по цеху и рабочие были вынуждены вдыхать их. В результате несколько человек пострадало, а сам Перри отказался от идеи производства минеральной ваты.

Спустя 30 лет, в 1871 году на металлургическом заводе германского городка Георгсмариенхютте было запущено промышленное производство минеральной ваты с учетом ошибок Эдварда Перри.

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 производитель рассчитывает «под себя», 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.

Минеральная вата — свойства и характеристики

ГОСТ 52953-2008 относит к теплоизоляционным материалам этой группы стеклянную вату, шлаковую вату и каменную вату. Эти виды теплоизоляционных материалов различаются не только по сырьевому материалу, но также по ряду других параметров: длине и толщине волокон; термостойкости; сопротивлению динамическим нагрузкам; гигроскопичности; коэффициенту теплопроводности. Кроме того, с каменной и шлаковой ватой гораздо проще работать, чем со стекловатой — ее колкость широко известна, ведь в СССР ее применяли повсеместно по причине дешевизны.

Рассмотрим характеристики каждого типа минеральной ваты по отдельности.

Стекловата

Толщина волокон стекловаты от 5 до 15 мкм, длина — от 15 до 50 мм. Такие волокна придают стекловате высокую прочность и упругость, практически не влияя на теплопроводность, равную 0,030-0,052 Вт/м·К. Оптимальная температура нагрева, которую выдерживает стекловата — 450 оС, предельно допустимая — 500 оС, предельная температура охлаждения — 60 оС. Основная сложность работы со стекловатой — ее высокая хрупкость и колкость. Сломанные волокна легко пронзают кожу, проникают в легкие и глаза, поэтому защитные очки и респиратор, одноразовая спецодежда (очистить ее от волокон стекловаты не удастся) и перчатки обязательны;

Шлаковая вата

Толщина волокон которой от 4 до 12 мкм, длина — 16 мм, среди всех прочих видов минеральной ваты выдерживает наименьшую температуру — до 300 оС, выше которой ее волокна спекаются, а функции теплоизоляции полностью прекращаются. Шлаковата имеет высокую гигроскопичность, поэтому не допускается к работам на фасадах зданий и для теплоизоляции водопроводных труб. Еще один минус шлаковаты — доменные шлаки, из которых она производится, обладают остаточной кислотностью, что при малейшем увлажнении приводит к кислотообразованию и возникновению агрессивной среды для металлов. В сухом состоянии ее теплопроводность находится в диапазоне 0,46 — 0,48 Вт/м·К, т.е. является наибольшей среди теплоизоляционных материалов ее группы. В довершении — волокна шлаковаты хрупки и колки, подобно волокнам стекловаты;

Каменная вата

Толщина и длина составляющих ее волокон такая же, как у шлаковаты. В остальном ее характеристики лучше — теплопроводность в пределах 0,077-0,12 Вт/м·К, предельно выдерживаемая температура нагрева равна 600 оС. Ее волокна не колки, с каменной ватой намного проще работать, чем со стекловатой или шлаковатой. Лучшими характеристиками обладает базальтовая вата, производимая практически из того же исходного материала, что и каменная. Разница лишь в том, что в исходный материал (диабаз или габбро) для каменной ваты производители добавляют минералы (известняк, доломит и глину), шихту или доменные шлаки, что увеличивает текучесть расплава — доля минеральных и иных примесей в каменной вате может составлять до 35%. Кстати, на строительных рынках минеральной ватой называют именно каменную вату.

Помимо теплоизоляционных материалов, относящихся к минеральной вате, существует еще базальтовое волокно. Оно не содержит каких-либо примесей или связующих компонентов, поэтому выдерживает наибольшие температуры нагрева (до + 1000 оС) и охлаждения (до — 190 оС). Отсутствие связующего не позволяет сформировать из базальтового волокна листы или рулоны, этот теплоизоляционный материал используют в насыпном виде или набивают им маты.

Любой теплоизоляционный материал, относящийся к минеральной вате, имеет высокие показатели по звукопоглощению — практически абсолютное звукопоглощение у базальтового супертонкого волокна (БСТВ).

Все виды минеральной ваты, за исключением базальтового супертонкого волокна, содержат от 2,5 до 10% связующего на основе, как правило, фенолформальдегидных смол. Чем меньший процент этого связующего содержит минеральная вата, тем менее вероятна угроза испарения фенола, но, с другой стороны, большее содержание фенолформальдегидных смол дает большую устойчивость к воздействию влаги.

Любой вид минеральной ваты не горит и не поддерживает горения — если температура превышает допустимую для данного вида минваты, ее волоски будут лишь сплавляться между собой.

Почему минеральная вата — эффективный тепло- и звукоизолятор

Теплоизоляция минеральной ваты основана на двух элементах: малый диаметр составляющих ее волокон не позволяет накапливать тепло; хаотичная внутренняя структура образует множество воздушных пазух, препятствующих свободной передаче лучевого теплоизлучения. Теплоизоляция жесткой плит из минваты обеспечивается хаотичной ориентацией и расположением волокон. Кстати, их стойкость к динамическим нагрузкам будет тем выше, чем больший процент образующих волокон будет расположен вертикально — т.е. производители минераловатных плит вынуждены находить оптимальный баланс между теплопроводностью и устойчивостью к сжатию.

Звукоизоляция с помощью минеральной ваты достигается за счет ее воздушно-ячеистой внутренней структуры — стоячие звуковые волны и акустические шумы немедленно затухают, т.к. не могут продолжать свое распространение.

Маты и плиты на основе минеральной ваты применяются для теплоизоляции прямо- и криволинейных поверхностей — кровли и внутренних стен, потолков и перегородок, полов зданий и щитовых конструкций. Работы по монтажу минеральной ваты не требуют специальных навыков.

Минеральные плиты классифицируются по плотности:

Марка П-75

Плитами и минеральной ватой марки П-75, плотность которой равна 75 кг/м 3 , изолируют ненагруженные горизонтальные поверхности, к примеру, чердаки зданий, а в некоторых случаях — для теплоизоляции кровли. Используются для утепления трубопроводов теплосети, газо- и нефтепроводов;

Марка П-125

Марка П-125 минеральных плит и ваты применяется для тепло- и звукоизоляции ненагруженных поверхностей любого пространственного положения, в построении внутренних перегородок, теплоизоляции полов и потолков. Плиты этой марки применяются в качестве срединного слоя в трехслойных кирпичных, газобетонных, керамзитобетонных стенах зданий малой этажности;

Марка ПЖ-175

Жесткой плитой марки ПЖ-175 изолируют стены и перекрытия из профилированного металлического листа и железобетонных изделий (без цементной стяжки);

Марка ППЖ-200

Повышенно-жесткая плита ППЖ-200 применяется для повышения огнестойкости инженерных и строительных сооружений — в остальном область ее применения идентична области применения ПЖ-175.

Производители выпускают минеральные плиты и вата меньшей плотности, чем П-75 — соответственно, такая продукция применяется в основном на горизонтальных поверхностях при условии полного отсутствия динамических нагрузок.

Минусы минеральной ваты

Работать с продукцией на ее основе не совсем безопасно, несмотря на отсутствие колкости у волокон каменной ваты. Связующее на основе фенолформальдегидных смол может выделять фенол , что совсем не благоприятствует здоровью домочадцев. Кроме того, мельчайшие частицы волокон минваты неизбежно будут подняты в воздух в процессе монтажа, а их проникновение в легкие весьма не желательно.

Впрочем, отрицательных моментов можно избежать. Во втором случае — воспользоваться респиратором, тщательно затянуть всю поверхность уложенной минеральной ваты или плиты паронепроницаемой пвх-пленкой. Что до опасности выделения фенола — при обычной температуре, называемой условно «комнатной», продукция крупнейших производителей изделий из минерального волокна не будет испускать фенол.

Но — выделение фенола неизбежно при условии нагрева минеральной ваты до предельно расчетных температур, т.к. при таких температурах образованные фенолформальдегидными смолами связи будут утрачены. Итак, решить проблему с фенолом в минвате помогут выбор продукции крупного производителя, исключить возможность нагрева утеплителя до температур, превышающих расчетную, или выстраивать теплоизоляцию на базальтовом супертонком волокне, не содержащем связующего (наиболее дорогостоящее решение).

На что нужно обратить внимание при выборе минваты

На производителя — пусть это будет известная марка, к примеру, «Rockwool», «ISOVER», «PAROC» или «URSA». Если появится возможность приобрести минвату немецкого производителя — сделайте это, ведь органы сертификации Германии считаются наиболее придирчивыми к этой продукции, если сравнивать со всеми прочими странами Евросоюза.

Определитесь с плотностью минеральной ваты — чем она выше, тем дороже сама минвата. Зависимость цены от плотности связана с большим числом волокон в более плотной минеральной вате, соответственно, с большим расходом материала при производстве.

Не соблазняйтесь низкой стоимостью стекловаты и шлаковаты, ведь их тепло- и звукоизоляционные характеристики наиболее низки, да и выполнять монтаж будет не просто из-за колкости.

Выясните, имеют ли волокна в данной минеральной вате вертикальное ориентирование или их расположение хаотично — во втором случае тепло- и звукоизоляционные свойства будут выше, а в первом — выше стойкость к динамическим нагрузкам.

В зависимости от приобретаемого вида минеральной ваты, она должна соответствовать ГОСТу. Вот некоторые из них: для плит из минваты — ГОСТ 9573-96 ; для матов прошивных — ГОСТ 21880-94 ; для плит повышенной жесткости — ГОСТ 22950-95 .

И, наконец, не доверяйте утверждениям продавцов, что «данная минеральная вата действительно имеет толщину 50 мм» — частично вскройте упаковку и убедитесь в этом лично!

Абдюжанов Рустам, рмнт.ру

Минералы — природные химические соединения или само-родные элементы, встречающиеся в земной коре. Из минералов состоят горные породы (грунты) и почвы, непосредственно находя-щиеся у нас под ногами. Распространение минералов крайне не-равномерно. Известно около 3000 минералов, широкое распростра-нение среди них имеет всего около 50. Эти минералы названы по-родообразующими. Если рассматривать отдельные геологические провинции, например, центральную часть Русской равнины, то по-родообразующих минералов на поверхности земли здесь еще меньше — около 20 .

В целом химических соединений значительно больше, чем ми-нералов, но они в большинстве представляют собой вещества, по-лучаемые искусственно. В последнее время минералами стали на-зывать дополнительно еще два класса веществ:

• то, что раньше было принято называть минеральными веще-ствами, — неорганические соединения, присутствующие в пи-щевых продуктах, лекарствах, косметике;
• компоненты, образующиеся в процессе изготовления строи-тельных материалов, — кирпича, бетона, керамики и т.д.

Минералы бывают в основном твердыми, значительно реже жидкими (подземные воды) и газообразными (радон, метан). Среди твердых минералов преобладают кристаллические, аморфные и коллоидные (встречаются реже). По внешнему виду минералы очень разнообразны и обладают большим количеством особен-ностей. Одно и то же сочетание химических элементов может крис-таллизоваться в различные структуры и образовывать различные минералы — это явление называется полиморфизмом. Например, модификации углерода (С) дают графит и алмаз; сульфид железа (FS 2) образует два минерала — пирит и марказит, карбонат кальция СаС0 3 — минералы кальцит и арагонит.

Минералы бывают изотропными и анизотропными: изотропные одинаковы по свойствам во всех направлениях, а анизотропные различны в непараллельных направлениях.

По происхождению минералы принято подразделять на эндо-генные (глубинные) и экзогенные (образовавшиеся на поверх-ности; к ним же относятся минералы, образовавшиеся на дне моря). Многие минералы могут иметь как эндогенное, так и экзогенное происхождение. С фактором происхождения не следует объединять фактор присутствия минерала в породе — многие эндогенные ми-нералы далее слагают осадочные (экзогенные) породы или присут-ствуют в них (например, кварц, имеющий магматическое или мета-морфическое происхождение, образует пески или песчаные и пы-леватые фракции и является существенной составной частью осадочных глинистых пород).

Диагностика минералов

Минералы обладают различными свой-ствами, одни из которых могут определяться визуально, другие — при помощи специальной аппаратуры. Свойства, определяемые визуально или с помощью простейших приспособлений (соляной кислоты, лупы, ножа, шкалы твердости), называют внешними, а соответствующую диагностику — макроскопической. Обычно ее вполне достаточно, чтобы определить названия породообразующих минералов и сложенных ими пород и в предварительной, оце-ночной форме судить о свойствах геологической среды.

К внешним свойствам минералов, определяемым макроскопи-чески, относятся: форма выделения, окраска, цвет порошка (черта), блеск, излом, спайность, твердость, удельный вес и некоторые особые свойства.

Форма выделения

Наиболее распространенные формы — крис-таллические, землистые и аморфные массы. Кристаллы называют изометричными, если они примерно одинаково развиты по всем трем направлениям. Вытянутые в одном направлении кристаллы называют столбчатыми, призматическими, игольчатыми, а вытяну-тые в двух направлениях — таблитчатыми, пластинчатыми, листо-ватыми. Прочие формы — это щетки (жеоды), конкреции и секре-ции, псевдоморфозы (окаменелости), оолиты и др..

Один минерал может иметь различные формы выделения, со-храняя при этом"неизменными прочие свойства.

Окраска

Окраска — цвет минерала. В природе имеются минералы, обла-дающие как какой-либо одной окраской, так и различными окрас-ками. Графит всегда темно-серый, а полевой шпат может иметь цвет от белого до черного — розовый, красный, серый, зеленый, коричневатый.

Цвет порошка (черта)

Как правило, цвет минерала имеет более темный оттенок, чем цвет минерала в порошке. Многие цветные минералы имеют белый порошок. Порошок получают посредством черчения образцом по фарфоровой пластинке — отсюда название свойства — черта. При черчении по фарфору получается идеальный порошок, тонким слоем лежащий на белом фоне. Про минералы с твердостью больше, чем у фарфора (> 6,5), говорят, что они черты не дают. Некоторые минералы хорошо диагностируются с по-мощью черты (например, черная роговая обманка имеет темно-зе-леную черту, черный лабрадор (полевой шпат) — белую или светло-серую, темно-серый гематит — вишневую).

Формы выделения минералов (схемы)

а — вытянутые кристаллы; б — плоские; в — изометричные; г — кристаллическая масса (порода); д — окаменелость (псевдоморфоза); е — дендрит; ж — почковидная натечная форма; з — сталактиты; и — сталагмиты; к — конкреция; л — секреция; м,н — оолиты; о — щетка (друза, жеода); п — роза (розетка)

Блеск

Блеск — это свойство минералов, как и всех предметов, отражать, преломлять, поглощать лучи света, а также наше восприятие отра-женного света. Блеск минерала следует определять по тем местам, где он блестит ярче всего — по поверхностям свежего скола (при необходимости скол надо получить). У одного минерала может на-блюдаться различный блеск (например, у пластинчатого гипса — стеклянный и перламутровый; у кварца — жирный на сколах и стек-лянный на выросших гранях). Назовем виды блеска, расположив их в списке по мере убывания интенсивности отраженного света.

• металлический. Минералы похожи на металлические пред-меты;
• полуметаллический, алмазный смоляной. Это яркие виды блеска; минералы, обладающие ими, довольно редки в природе, многие являются ценными полезными ископаемыми, но вряд ли будут встречаться при работах в области природообустройства;
• жирный. Поверхность минерала производит впечатление по-крытой тонким слоем масла. Чаще наблюдается у минералов, имеющих неровную поверхность, например, у кварца и опала;
• перламутровый. Наблюдается на ровных гладких поверх-ностях, дает легкий цветной отлив (примеры: тальк, в меньшей сте-пени гипс, слюды);
• стеклянный. Наблюдается на ровных гранях многих мине-ралов. Блестит одновременно вся поверхность (примеры: кальцит, ангидрит, полевые шпаты);
• шелковистый. Наблюдается у минералов с игольчатым из-ломом, когда поверхность скола напоминает длинные нитки блес-тящей капроновой ткани (примеры: асбест, роговая обманка, во-локнистый гипс);
• . матовый (слабый, тусклый). Поверхность даже на свежем сколе блестит слабо (примеры: кремень, халцедон, фосфорит в кон-крециях);
• минералы без блеска (примеры: фосфорит в землистых массах, монтмориллонит, каолинит).

Излом

Излом — форма поверхности минерала, получающаяся при раз-ламывании образца. Излом одного и того же образца можно оха-рактеризовать несколькими словами, которые без противоречия будут дополнять друг друга. Например, излом лимонита землистый и неровный одновременно, излом сахаровидного гипса зернистый и неровный у всего образца и ступенчатый, если присмотреться к кристаллам. Некоторые виды излома, поддающиеся схематич-ному изображению, представлены ниже.

Некоторые виды излома (схемы)

а — ступенчатый в кристалле; б — ступенчатый в кристаллической массе; в — игольчатый в кристаллической массе; г — крупнозернистый; д — раковистый

Виды излома:

• ступенчатый. Легко определяется у одиночных кристаллов, имеющих плоскости излома, например, у кальцита и слюд. Сложнее бывает увидеть ступенчатый излом у кристаллов внутри кристалли-ческих масс. В таких случаях следует найти кристаллы и обратить внимание на небольшие плоскости у них, в то время как весь об-разец будет производить впечатление неровного или зернистого, как, например, у лабрадора или доломита;
• игольчатый (занозистый, волокнистый). Похож на излом древесины или какого-то волокнистого материала; наблюдается у роговой обманки, асбеста;
• зернистый (сахаровидный). Наблюдается у минералов с мел-кокристаллической формой выделения; кристаллы еще видны, а их излом виден уже плохо (примеры: ангидрит, мелкокристаллический апатит);
• землистый. Наблюдается у минералов с негладкой поверх-ностью, у которых кристаллы не видны из-за малых размеров. Об-разцы похожи на сухую землю, не имеют блеска, часто пачкают руки (примеры: лимонит, фосфорит, глинистые минералы);
• раковистый. Чаще наблюдается у аморфных минералов. По-верхности излома блестящие, выпуклые или вогнутые, гладкие,
  с острыми краями, что использовалось древними людьми при изго-товлении инструмента и оружия (примеры: кремень, халцедон, об-сидиан, кварц);
• неровный. Минерал при раскалывании образует непра-вильные, незакономерные поверхности (примеры: мелкокристал-лический кварц, фосфорит).

Спайность

Спайность — это способность кристаллических минералов рас-калываться по особым направлениям кристаллической решетки. У предметов, окружающих нас в повседневной жизни, это свойство не наблюдается. За счет спайности при раскалывании минералов могут образовываться плоскости, иголки или волокна. Спайностью обладает большинство кристаллических минералов и не могут об-ладать аморфные минералы. Поверхности спайности не следует пу-тать с гранями, образовавшимися при росте кристалла. Спайность хорошо видна в крупных кристаллах (пример: слюда или полевой шпат). В разбитых образцах крупнокристаллических масс спай-ность определяется уже потому, что видны сами кристаллы — каждый дал свою плоскость, отличную от соседней.

Схема спайности

а — крупный кристалл расколется только по трещинам, параллельным граням; б — в кристаллической массе хорошо видны сколы, проходящие по плоскостям спайности

Спайность бывает различной. Она может проявляться очень хорошо, как у слюды, и отсутствовать, как у кристаллов кварца. По степени совершенства выделяется пять видов спайности: весьма совершенная, совершенная, средняя, несовершенная, весьма несо-вершенная (спайности фактически нет). Если спайности нет, часто бывает невозможно понять, где закончился один кристалл и на-чался следующий. Спайность совсем не видна у минералов, пред-ставленных землистыми массами. В этом случае она определяется под микроскопом, а данные публикуются. Вследствие анизотро-пии кристаллов даже внутри одного минерала спайность может проявляться по-разному, например, полевой шпат имеет совер-шенную спайность по двум направлениям и среднюю — по треть-ему. Слюды имеют весьма совершенную спайность в одном направлении и не имеют ее по двум другим.

Кристалл слюды

Спайность в одном направлении, по двум другим направлениям спайности нет, слюда разрывается наподобие листа бумаги. Выросшие грани не учитываются.

Как можно понять из сказанного, спайность довольно тесно свя-зана с изломом. Она имеется у минералов со ступенчатым, игольча-тым и крупнозернистым изломом и отсутствует у минералов с ра-ковистым изломом. О спайности минералов с мелкозернистым, землистым, неровным изломом следует читать в справочниках.

Плотность (удельный вес)

Определяется она на глаз. Боль-шинство минералов имеет плотность 2,5—3,5 г/см 3 . Плотность по-могает узнать легкие породы — трепел, опоку, диатомит, высохшую глину, так как у них плотность менее 2,0 г/см 3 , у тяжелых мине-ралов плотность более 4 г/см 3 .

Твердость

Твердость — сопротивление поверхности материала царапанью, резанию, вдавливанию, истиранию. Это очень удобное свойство для простейшей диагностики минералов. У минералов постоянная твердость. Образец всегда можно попробовать поцарапать ногтем,

ножом, кусочком стекла. Можно также острым углом образца по-царапать другие материалы.

В геологической практике при простейшей диагностике принято сравнивать рассматриваемый образец с минералами-эталонами путем царапанья их друг о друга. В качестве эталона используется шкала немецкого геолога Фридриха Мооса. Шкала в условных еди-ницах имеет размах от 1 до 10.

Твердость минералов

Шкала Мооса			твердости	Заменители шкалы Мооса
Твердость		Минерал		Материалы	Твердость замени- теля
Относи- тельная	кг/см 2
		Тальк	Мягкая	Мягкий карандаш
		Гипс		Ноготь	2,0-2,5
		Кальцит		Бронзовая мо-нетка	2,5-4,0
		Флюорит		Железный гвоздь	4,0-4,5
		Апатит		Стекло
		Полевой шпат (микроклин, ортоклаз, альбит, анортит)	Твердая	Обычная сталь, лезвие бритвы	5,0-6,0
	1120	Кварц		Инструменталь-ная сталь	7,0-7,5
	1427	Топаз	Очень твердая
	2060	Корунд
	10 060	Алмаз

С помощью шкалы Мооса удается измерить твердость мине-ралов с точностью до 0,5 или 1. Полученный результат объявляется, например, так: доломит имеет твердость 3,5.

Особые свойства. Сюда относятся необычные свойства, име-ющиеся лишь у отдельных минералов.

1. Реакция с кислотами. В нее вступают кальцит, доломит и другие карбонаты: СаС0 3 (кальцит) + 2НС1 (соляная кислота) —> СаС1 2 + Н 2 0 + С0 2 .
2. Запах при трении. Его может иметь фосфорит.
3. Соленый вкус имеет галит (NaCl), горький вкус — сильвин (КС1).
4. Восприятие на ощупь. Жирными, скользкими могут быть тальк и каолинит.
5. Иризация — появление красивого синего отблеска на сколах спайности лабрадора.
6. Магнитность. Проверяется по реакции стрелки компаса. Ею обладают некоторые минералы, содержащие железо, кобальт, никель.
7. Двойное лучепреломление. Некоторые прозрачные минералы раздваивают изображение. Хорошо видно, если положить такой об-разец на текст и смотреть сквозь него.