Структура и свойства фиброцемента

По своему строению фиброцементная плита не является однородным монолитным материалом, а имеет особую регулярную структуру. Эта структура обеспечивает материалу повышенную механическую прочность при ударах и изломах на сгиб. Получает такое строение фиброцемент вследствие самого принципа его изготовления.

Суспензия из цемента, волокон целлюлозы, частиц песка и воды оседает на поверхности широкой ленты из ткани, сквозь которую жидкость уходит из раствора. Этот процесс создает на поверхности ткани пленку, толщина которой составляет от 0,25 до 0,40 мм. В дальнейшем для формирования плиты нужной толщины такие пленки накладывают друг на друга и спрессовывают в лист фиброцемента. В результате лист толщиной 8 мм будет содержать от 20 до 30 или даже более таких слоёв.

Цементно-волокнистые слои, получаемые путем оседания суспензии на ткани неоднородны по составу - одна их сторона более богата волокнами, чем другая. Это является следствием фильтрации на ткани, которая пропускает сквозь свои отверстия мельчайшие частицы смеси, но задерживает волокна целлюлозы, обычно имеющие длину от 2,5 до 3 мм. В какой-то момент волокна перекрывают отверстия сита и мелкие частицы суспензии оседают уже на них. Эта способность волокон формировать нижний слой имеет решающее значение в организации структуры будущего листа фиброцемента. В результате часть пленки, формирующаяся в первую очередь, значительно богаче волокнами. Оседающие следом слои гораздо беднее волокнами в сравнении с нижними, прилегающими к фильтрующей ткани.

Сформированные в машине Хатчека слои затем накладываются друг на друга для достижения нужной толщины листа фиброцемента. Так как верхняя и нижняя поверхности каждой фибро-цементной пленки по-разному богаты волокнами целлюлозы (верхняя содержит больше частиц цемента и минерального наполнителя — песка, а нижняя — больше волокон), структура сформированного листа получается слоистой, похожей на внутреннюю структуру дерева. Такое строение придает материалу особую прочность и способность выдерживать нагрузки на сгибание. В тех случаях, когда монолитный материал просто сломается при сгибании или точечном ударе, фиброцемент выдержит и даже вернет себе первоначальную форму после снятия нагрузки за счет упругости слоистой структуры. У такого внутреннего строения фиброцемента есть и некоторые минусы, которые, однако, успешно решаются применением специальных техник и средств.

Например, из-за гидродинамических процессов при осаждении суспензии машина Хатчека имеет тенденцию выравнивать волокна в направлении движения фильтрующей ленты, как бы «вытягивая» их из раствора. Получается, что осаждаемая цементно-волокнистая пленка более прочна в продольном направлении, чем в поперечном. Большинство моделей машин Хатчека имеют устройства задания более равномерной ориентации волокон, помогающие компенсировать этот недостаток. Однако использование одного только этого устройства не даёт стопроцентной эффективности, не может полностью решить проблему - получаемый лист фиброцемента имел бы довольно заметную разницу между значениями продольной и поперечной прочности.

Нашлось инженерное решение этой проблемы. Комбинирование 20-30 фиброцементных пленок в один лист занимает довольно много времени, поэтому большинство машин Хатчека имеют несколько лент формирования пленок, создавая 3 или даже 6 слоёв будущего листа одновременно. В таких случаях устройства ориентация волокон на каждой из этих 3 или 6 лент располагают их в противоположном направлении относительно предыдущего слоя. Это даёт больше гарантии, что лист будет создан с симметричными механическими свойствами во всех направлениях.

Другая особенность слоистой структуры материала состоит в том, что плиты фиброцемента более проницаемы для влаги с торцов листа. Это происходит потому, что регулярные слои создают как бы сеть волокон, идущих параллельно слоям плиты. Однако и эта задача решается нанесением специального гидрофобного покрытия, с последующим покрытием несколькими слоями краски, что с успехом защищают торцы и поверхность фиброцементных плит от влаги. Обработка торцов фиброцементных панелей в заводских условиях дает надежную защиту на долгие годы.

Технология, разработанная в начале XX-го века Людвигом Хатчеком для изготовления кровельных материалов, постоянно развивается и модернизируется, позволяя в наше время производить современный безасбестовый долговечный материал - фиброцементные панели и сайдинг.