При современных методах тонкого расщепления еще не удалось выделить элементарного волокна хризотил-асбеста и точно определить его размеры. Однако, применяя электронный микроскоп, можно различать волокна хризотил-асбеста диаметром 30 А, т. е. приближающиеся к мономолекулярным размерам.
Прочность. Асбестовое волокно обладает очень большой прочностью. Предел прочности при разрыве недеформированных волокон хризотил-асбеста значительно превышает прочность многих натуральных и искусственных волокон органического и неорганического происхож дения. Ниже приведены средние величины прочности при разрыве у различных волокон и проволоки.
| Материал волокна | Хризотил-асбест | Стекловолокно | Хлопок | Шерсть | Капрон | Проволока | |
| стальная | медная | ||||||
| кГ/мм2 | 300 | 130 | 36 | 20 | 60 | 110 | 40 |
Высокая механическая прочность асбестового волокна обусловли вается прочной химической связью цепей — О — Si — О — по осям кристалла хризотил-асбеста; но при механических воздействиях на недеформированное волокно, например изгибе и скручивании, прочность резко уменьшается; даже однократный изгиб волокна снижает его прочность почти в 2 раза.
На асбестообогатительных фабриках, а также при последующей распушке асбеста волокна его подвергаются многочисленным и весьма разнообразным механическим деформациям, в результате которых предел прочности волокна при разрыве снижается до 60—90 кГ/мм2.
Температуростойкость является одним из самых ценных технических свойств асбеста. Она зависит от его химического состава и поведения при нагревании содержащейся в асбесте воды. Асбест при нагревании дегидратирует, а это, в свою очередь, приводит к снижению прочности асбестового волокна. Хризотил-асбест обладает более высокой температуррстойкостью, чем амфибол-асбест, вследствие большего содержания в нем MgO по сравнению с амфибол-асбестом.
Дегидратация хризотил-асбеста начинается с потери им адсорбционной воды. Уже при 110° С асбест теряет около 2/3 адсорбционной воды, а при дальнейшем нагревании примерно до температуры 370° С целиком ее лишается. Потеря адсорбционной воды имеет регенеративный (восстановительный) характер, так как при последующем вылеживании при нормальной температуре асбест довольно быстро вновь адсорбирует потерянную влагу и восстанавливает прочность и гибкость.
При дальнейшем повышении температуры начинается удаление конституционной воды. Потеря этой воды является уже необратимым процессом. Молекулярное строение кристаллов асбеста при этом нарушается, что приводит к потере асбестом прочности и разрушению волокна. В температурном интервале от 600 до 700° С дегидратация хризотил-асбеста полностью заканчивается. Поэтому температуростойкость хризотил-асбеста считают обычно равной нижнему пределу этого интервала, т. е. 600° С. При повышении температуры до 1450—1500р С асбест плавится.
Сорбционную способность асбестового волокна используют в производстве теплоизоляционных материалов.
Из физической химии известно, что адсорбционная активность твердых тел определяется силовым полем, которое создается находящимися на поверхности этих тел атомами с неуравновешенными, т. е. свободными, связями валентности.
Хризотил-асбест обладает высокой адсорбционной способностью вследствие чрезвычайно развитой удельной поверхности. Волокна асбеста хорошо адсорбируют пары воды и легко образуют с водой суспензию. Адсорбционные процессы между хризотил-асбестом и продуктами гидратации цемента имеют важное значение при твердении системы асбест — цемент в производстве асбестоцементных строительных изделий.
Адсорбционная способность асбестового волокна является одним из факторов образования пористости у всех асбестсодержащих теплоизоляционных материалов.
Промышленная классификация хризотил-асбеста (по ГОСТ 12871 — 67). Серпентиновую горную породу, содержащую асбест, добывают открытым способом и подвергают механическому обогащению на асбестовых фабриках для отделения хризотил-асбеста от основной породы.
В результате переработки образуются куски, иголки и волокна асбеста, представляющие продукты различной степени его расщепления. Кусками асбеста называют агрегаты (пучки) недеформированных волокон, имеющие не менее 2 мм в поперечнике, иголками — агрегаты недеформированных волокон до 2 мм в поперечнике.
Асбест, в котором волокна деформированы (лишены своей первоначальной прямолинейности) и перепутаны между собой, называют распушенным асбестом.
Хризотил-асбест механического обогащения делят по степени сохранности агрегатов волокна на три текстуры1: жесткую (Ж), полужесткую (П) и мягкую (М), а по длине волокна на восемь сортов.
Кроме этих текстур и сортов асбестовая промышленность выпускает еще асбест нулевого сорта АК и ДВ, т. е. асбест кусковой и особо длинноволокнистый, а также ПРЖ — промежуточный между жесткой с полужесткой текстурой и, наконец, асбест К — камерный, мягкой текстуры.
Длина волокна асбеста в зависимости от сорта его приведена ниже
Сорт асбеста I II III IV V VI VII Длина "волокна (средняя) в "мм 16 12 9 5,5 2,5 1 0,7
Первые три сорта асбеста считаются длинноволокнистыми и относятся к текстильным сортам, а последние сорта — коротковолокни-стыми, их называют строительными сортами.
Качество хризотил-асбеста характеризуется его маркой, которая определяет текстуру и сорт асбеста, а также длину волокна в пределах данного сорта. Длину волокна указывают как величину остатка (в %), получаемого при просеивании асбеста на основном сите контрольного аппарата стандартной конструкции. Условное обозначение марок вклю.-чает три этих признака. Например, асбест мягкой текстуры VI сорта,дающий 30% остатка, имеет марку М-6-30. Асбест самых коротково-локнистых сортов негарантированной текстуры характеризуется маркой, которая указывает его сорт и объемный вес. Например, марка асбеста VIII сорта с объемным весом 750 кг/м3 будет 8-750.
В производстве теплоизоляционных материалов по экономическим причинам преимущественное распространение имеют наиболее коротковолокнистые сорта асбеста: VI, VII и VIII, лишь в редких случаях применяют асбест V сорта. По ГОСТ 12871—67 для теплоизоляционных целей предназначается асбест марок К-6-30 и К-6-20.
Роль асбеста в теплоизоляционных материалах. Теплоизоляционные материалы, содержащие асбест, можно рассматривать как смеси асбестового волокна с высокопористыми веществами: диатомитом, легкой магнезией, свежеосажденным гипсом и др. Обычно основой материала является второй компонент, который составляет примерно 70— 80% общего веса материала. На долю асбестового волокна, таким образом, остается 20—30%. Свойства асбестсодержащих материалов (пористость, прочность, температуростойкость) определяются главным образом свойствами этого компонента смеси, называемого наполнителем.
Добавка асбестового волокна к основному компоненту теплоизоляционного материала улучшает свойства последнего: увеличивает прочность и снижает объемный вес. Эффективность добавки асбестового волокна не для всех материалов одинакова. Наиболее сильное влияние оказывает добавка асбестового волокна в трепельных материалах, причем она сказывается тем сильнее, чем тяжелее трепел или диатомит.
Увеличение прочности объясняется армирующим действием асбестовых волокон в пористой массе материала.
Располагаясь среди основного компонента смеси во всевозможных направлениях, асбестовые волокна после затворения смеси водой и последующего высыхания образуют в материале как бы асбестовый каркас, волокна которого связывают отдельные части материала и повышают его прочность.
Асбестовое волокно придает не только прочность, но и некоторую эластичность материалу, благодаря чему предотвращается образование трещин при вибрациях теплоизоляционных конструкций, например у трубопроводов к паровым молотам.
Армирующее действие асбестовых волокон зависит от длины их: длинные волокна лучше армируют материал, чем короткие. Поэтому длинноволокнистый асбест предпочтительнее применять для повышения прочности и эластичности материала. Однако по экономическим соображениям в производстве теплоизоляционных материалов используют коротковолокнистые сорта асбеста, которые перед употреблением подвергают дополнительной распушке.
Прочность этих материалов зависит главным образом от сил сцепления асбестовых волокон с другими компонентами, входящими в состав этих материалов (трепелом, диатомитом, легкими магнезиальными солями и др.)- Силы сцепления зависят от величины и свойств поверхности соприкосновения волокон асбеста с другими компонентами. С развитием общей поверхности соприкосновения прочность материала возрастает. Распушка асбеста, увеличивая общую поверхность его волокон, является средством повышения прочности асбестсодер-жащих материалов.
Понижение объемного веса материала при добавке асбеста происходит вследствие армирующего действия волокон асбеста и водо-удерживающей способности их.
Асбест в распушенном виде обладает способностью удерживать на поверхности волокон и в промежутках между ними значительное количество воды, что определяется адсорбцией воды асбестовыми волокнами и капиллярными силами в воздушных промежутках между волокнами.