Технология производства стеклянного штапельного волокна и минеральной ваты

Технология производства стеклянного штапельного волокна  и минеральной ваты

Производство волоконной теплоизоляции, если представить его  упрощенно, сводится к получению  тончайшего волокна из расплава минеральных  пород или доменных шлаков – в  случае каменной или шлаковой ваты – или стеклообразующей смеси (песок, сода, известняк, стеклобой) – в случае стеклянного штапельного волокна  – и скреплению их между собой  при помощи связующего. Процесс производства можно разбить на следующие основные этапы: подбор и подготовка сырья, расплав  минерального материала, получение  волокна,ввод связующего, полимеризация  связующего, нарезка утеплителя на заданные размеры и упаковка.

Остановимся более  подробно на каждом из  этапов. 
1. Каждый производитель подбирает для себя свой уникальный состав сырьевых компонентов. Основным условием выбора каждого из них является получение волокна высокого качества. Число и качественный состав используемых компонентов определяют дальнейшие потребительские свойства минеральной и стекловаты, такие как долговечность, гидрофобность, нейтральность в химическом отношении к металлам и другим строительным материалам. При этом принимается в расчет необходимость получения продукта с высокими теплоизоляционными характеристиками, устойчивого к динамическим нагрузкам. Основным показателем, влияющим на эти эксплутационные свойства, является химический состав волокна и его толщина. Специалисты в области теплоизоляционных материалов говорят о следующей зависимости - чем тоньше волокно, тем ниже значение коэффициента теплопроводности. 
C происходит ее расплав. Этот этап - один из важнейших во всем процессе производства, т.к. температура оказывает определяющее значение на вязкость расплава, а, следовательно, на толщину и длину волокна, что в последствии сказывается на основных свойствах материала (теплопроводность, прочность).°2. После перемешивания сырье поступает в печь, где при температуре (обычно) около 1400-1500 
3. На следующем этапе расплав с заданной вязкостью попадает на узел волокнообразования, основными агрегатами которого являются многовалковые центрифуги и камера волокноосаждения. Здесь, при попадании расплава на вращающиеся с большой скоростью (около 7000 оборотов/мин.) валки, происходит образование волокна, выдуваемого воздушным потоком под высоким давлением. На этом же этапе осуществляется ввод связующего, модернизированного различными добавками, что обеспечивает равномерное распределение органических веществ по всему объему материала и делает его более однородным. Далее волокно поступает в камеру волокноосаждения, где происходит формирование так называемого "ковра", и материалу задаются предварительные размеры. 
После камеры волокноосаждения "ковер" попадает на гофрировочную или ламельную машину, где происходит частичное ориентирование волокон, что позволяет получить изделия из минеральной ваты с высокими механическими свойствами (прочность на сжатие, прочность на отрыв слоев и т.д.). 
4. Отформованный "ковер" поступает в камеру термообработки, где происходит полимеризация связующего и задаются окончательные физико-механические характеристики. От качественного выполнения этого процесса зависят прочностные характеристики, а соответственно, и качество продукции в целом. 
5. Большое внимание уделяется и следующему этапу - резке "ковра" на плиты заданных размеров, когда задается толщина, ширина и длина плит. На первый взгляд этот процесс может показаться довольно-таки простым. Но в условиях повышения требований к строительным конструкциям требуется соблюдать жесткие нормы, регламентирующие отклонения от заданных размеров строительных материалов. Наше оборудование в сочетании с централизованным контролем на предыдущих этапах гарантирует высокую точность этих показателей. 
 
Свойства волоконной изоляции 
 
Каменная и шлаковая вата 
Как уже было сказано, минеральная вата представляет собой тонкие и гибкие волокна, полученные при охлаждении предварительно раздробленного в капли и вытянутого в нити минерального расплава. 
В зависимости от вида сырья минеральная вата делится на каменную и шлаковую. Сырьем для производства каменной ваты служат горные породы - диабаз, базальт, известняк, доломит, и др. Шлаковую вату получают из шлаков чёрной и цветной металлургии. Ведущие производители в качестве сырья используют исключительно горные породы, что позволяет получать минеральную вату высокого качества с длительным сроком эксплуатации. 
На качество минераловатных теплоизоляционных материалов в значительной мере влияет связующее. Предпочтительно использовать изделия на фенольном связующем (фенолоформальдегидные смолы), поскольку карбамидоформальдегидное связующее менее водостойкое.  
Итак, говоря о свойствах изделий из минеральной ваты, мы будем иметь в виду, прежде всего, высококачественную минеральную вату на основе горных пород и на фенольных связующих, несмотря на то, что по-прежнему большую долю на рынке занимает шлаковая вата, в том числе на карбамидоформальдегидных связующих, производимая на мощностях, сохранившихся с советских времен. 
Основным свойством минеральной ваты, отличающим ее от многих других теплоизоляционных материалов, является негорючесть в сочетании с высокой тепло- и звукоизолирующей способностью. К тому же, минераловатные ТИМ обладают устойчивостью к температурным деформациям, негигроскопичностью, химической и биологической стойкостью, экологичностью и легкостью выполнения монтажа. 
По требованиям пожарной безопасности изделия из минеральной ваты относятся к классу негорючих материалов (НГ). Более того, они эффективно препятствуют распространению пламени и применяются в качестве противопожарной изоляции и огнезащиты.  
Теплопроводность минераловатных изделий складывается из трех составляющих: теплопроводности волокон, теплопроводности воздушной среды и влаги, находящихся между волокнами, а также передачи тепла лучеиспусканием. Теплопроводность твердой основы как основная составляющая общей теплопроводности зависит от геометрии и ориентации волокон в пространстве. При заданной плотности наиболее эффективным теплоизолятором является минеральная вата с хаотически расположенными и беспорядочно ориентированными волокнами.  
Ориентация волокон влияет не только на теплопроводность, но и на прочностные характеристики минераловатных изделий. Прочность на сжатие у них возрастает с ростом количества вертикально ориентированных волокон. Таким образом, чем выше процент вертикально ориентированных волокон, тем более низкой плотности минеральную плиту можно применять для обеспечения заданной прочности на сжатие. Поэтому технологии формования минераловатных плит, обеспечивающие высокий процент вертикально ориентированных волокон, являются наиболее прогрессивными.  
Важное свойство минераловатных материалов - ничтожно малая усадка (в том числе термическая) и сохранение своих геометрических размеров в течение всего периода эксплуатации здания. 
Минеральная вата обладает чрезвычайно низкой гигроскопичностью: содержание влаги в изделиях из нее при нормальных условиях эксплуатации составляет 0,5% по объему. Однако хранение на строительной площадке и монтаж теплоизоляции часто происходят во влажных условиях (например, во время дождя). Чтобы минимизировать водопоглощение, минеральную вату, как правило, пропитывают специальными водоотталкивающими составами (кремний-органическими соединениями или специальными маслами).  
Изоляционные материалы из минеральной ваты отличаются высокой химической стойкостью. Более того, минеральная вата является химически пассивной средой и не вызывает коррозию контактирующих с ней металлов. Теплоизоляционные и механические свойства изделий из минеральной ваты сохраняются на первоначальном уровне в течение десятков лет. 
Применение минеральной ваты позволяет обеспечить не только тепло-, но и звукоизоляцию стен. Минеральная вата значительно снижает риск возникновения стоячих звуковых волн внутри ограждающей конструкции, тем самым, увеличивая изоляцию от воздушного шума. Звукопоглощающие свойства материала увеличивают затухание акустических волн и значительно снижают звуковой уровень помещения.  
Достоинства минераловатных материалов дополняет легкость выполнения монтажа. В зависимости от области применения и технических характеристик, фирмы-производители выпускают теплоизоляционные материалы из минеральной ваты различных марок.  
Мягкие плиты и маты, как правило, применяются в каркасных конструкциях. Жесткие и полужесткие плиты из минеральной ваты предназначены для применения на объектах, где изоляция подвергается механическим нагрузкам либо в процессе выполнения монтажных работ, либо при эксплуатации. Прочность на сжатие жестких изделий напрямую зависит от плотности теплоизоляционного материала и содержания связующего.  
Минераловатные теплоизоляционные изделия имеют наиболее широкую (по сравнению с другими ТИМ) область применения в строительстве. Ниже приведён перечень основных приложений, рассмотренных в данном издании:  
- в фасадных системах наружного утепления "мокрого" типа; 
- в качестве теплоизоляционного слоя в навесных вентилируемых фасадах; 
- в наружных стенах с утеплителем с внутренней стороны стен; 
- в наружных стенах с утеплителем внутри стен (слоистая кладка, трехслойные бетонные или железобетонные панели, трехслойные "сэндвич-панели" с металлическими обшивками); 
- в качестве основания под рулонные и мастичные кровли; 
- в конструкциях скатных кровель и мансард; 
- в конструкциях перекрытий и полов, в частности, полов по грунту и сопряжений наружных стен и перекрытий.  
Широкая область применения определяет широкую номенклатуру минераловатных изделий, выпускаемых ведущими производителями, которая включает в себя:  
- плиты для тепловой изоляции металлических, кирпичных и бетонных частей здания. Как правило, их запрессовывают между соответствующими элементами конструкции;  
- маты для утепления стропильных и подпольных конструкций. Данные изделия должны быть защищены от увлажнения путём установки пароизоляции с "теплой" стороны;  
- специальные ветрозащитные плиты, которые рекомендуется применять как ветрозащиту над мягкими плитами в стеновых и стропильных конструкциях. Специально для "вентилируемых" фасадов разработаны готовые двухслойные теплоизоляционные плиты со слоями разной плотности. Их устанавливают таким образом, чтобы более плотная часть находилась снаружи (со стороны вентиляционного зазора), а менее плотная - примыкала к стене (основанию).  
- полужесткие плиты, выдерживающие механические нагрузки до 5 кН/м2. Такие плиты применяют, например железобетонных трехслойных панелях (конструкции типа "сэндвич"). Часто такие плиты имеют специальные канавки для отвода конденсата. Это особенно важно там, где не представляется возможным устройство вентиляционных воздушных зазоров. Например, в тех же железобетонных трехслойных панелях, тем более что наружная облицовка имеет низкую паропроницаемость.  
- жесткие плиты, выдерживающие нагрузку до 12 кН/м2; 
- плиты повышенной жесткости, предназначенные для изоляции плоской кровли и являющиеся основанием под рулонную и мастичную кровли. Разработаны специальные плиты, которые при использовании их в качестве верхнего слоя (при двухслойном утеплении кровли) придают кровле необходимый уклон.

 
Стекловата 
Стеклянная вата - это материал, представляющий собой волокно, которое по технологии получения и свойствам имеет много общего с минеральной ватой. Для получения стеклянного волокна используют то же сырье, что и для производства обычного стекла или отходы стекольной промышленности.  
По свойствам стекловата несколько отличается от каменной и шлаковой ваты. Отличия обусловлены, в частности, тем, что волокна стеклянной ваты имеют большую толщину (16-20 мкм) и в 2-3 раза большую длину. Благодаря этому изделия из стеклянной ваты обладают повышенной упругостью и прочностью. Стеклянная вата практически однородна и обладает стойкостью к вибрации. Теплопроводность находится в пределах 0,030-0,052 Вт/м•К. Температурная стойкость стеклянной ваты обычного состава - +450°С, что существенно ниже, чем у минеральной ваты. 
Теплоизоляционные материалы из стекловолокна - хорошие звукоизоляторы, так как имеют волокнистую структуру и хорошо поглощают звук. Обладают высокой химической стойкостью, не содержат коррозионных агентов, негигроскопичны. При противогнилостной обработке и отсутствию запаха предотвращается появление вредителей и плесени в строительных конструкциях. Этот негорючий материал не выделяет токсичные и вредные вещества под воздействием огня.  
Стекловатные изделия широко применяются для тепловой изоляции строительных конструкций. Стекловолокно - мягкий и эластичный материал. Изделиями из него можно облицовывать неровные поверхности, а также применять в конструкциях любой формы и конфигурации. При этом теплоизоляционные изделия из стекловаты отличаются стабильностью формы, выдерживают старение, не подвергаясь деформации. Области применения практически такие же, как для изделий из минеральной ваты.  
Номенклатура теплоизоляционных изделий с использованием стеклянной ваты включает в себя: маты (мягкие плиты), прошивные маты, полужесткие плиты на синтетической связке, плиты с высокой жесткостью, позволяющей выдерживать значительные нагрузки. Жесткие плиты, облицованные стекловойлоком, являются хорошей ветрозащитой. По длинным сторонам плит возможно соединение в шпунт и гребень, что обеспечивает надежное крепление и отсутствие зазоров.