玻璃棉
一种人造无机纤维
玻璃棉(英文名:glass wool)是一种采用石英砂钙粉白云石等天然矿石为主要原料,配合一些硼砂等化工原料熔成玻璃,在融化状态下,借助外力吹制式甩成絮状细纤维,而形成的人造无机纤维。其特点是容重小、成型好、热导率低、保温绝热、吸声系数高、耐腐蚀、化学性能稳定。是一种优良的绝热、吸声、过滤材料。
第一次世界大战期间,德国由于进口石棉来源断绝,便开始大力研制玻璃棉作为替代品。1930年美国发展了蒸气或空气喷吹法,使每个初级玻璃流股受到气流的分裂、牵伸而成为细而短的纤维,此法使得玻璃棉产量大增,1936年法国圣戈班发展了圆盘离心法,1949年美国美国欧文斯科宁公司发明了火焰喷吹法,1956年法国圣哥本公司首先发明了离心喷吹法,自此世界各国主要采用火焰喷吹法和离心喷吹法生产玻璃棉,其中85%是用离心法生产。
按化学成分玻璃棉可分为无碱、中碱和高碱玻璃棉。其生产工艺可分为火焰法玻璃棉,离心法喷吹玻璃棉,蒸汽(或压缩空气)立吹法玻璃棉,世界各国多数采用离心喷吹法,其次是火焰法。生产工艺主要包括原料配制、玻璃熔化及玻璃棉成型等工序。玻璃棉制品按其形态、结构形式可分为玻璃棉、玻璃棉板、玻璃棉带、玻璃棉毯、玻璃棉钻和玻璃棉管壳。玻璃棉在热力系统、石油化工、建筑、冶金、交通运输、制冷设备、电力、车船、航空等领域有广泛应用。
简史
第一次世界大战期间,德国由于进口石棉来源断绝,便开始大力研制玻璃棉作为替代品。
1930年美国发展了蒸气或空气喷吹法,使每个初级玻璃流股受到气流的分裂、牵伸而成为细而短的纤维,此法使得玻璃棉产量大增。
1936年法国圣戈班发展了圆盘离心法。它的工艺是将熔融的玻璃液落到转速为3500转/分,带有沟槽的耐火材料圆盘表面,由离心力的作用成纤维,纤维最大直径25μm,并会有25%的非纤维杂质。
1949年美国美国欧文斯科宁公司发明了火焰喷吹法,此法最大的优点是质量好,即纤维直径细。非纤维杂质少,纤维柔软蓬松,其缺点是单机产量低、单位产品能耗高。
1956年法国圣戈班首先发明了离心喷吹法,自此世界各国主要采用火焰喷吹法和离心喷吹法生产玻璃棉,其中85%是用离心法生产。
1957年10月北京建筑材料科学研究总院有限公司第一次在实验室采用火焰喷吹法试制出玻璃棉,俗称“超细玻璃棉”。
1964年南京玻璃纤维研究设计院完成第一套火焰喷吹玻璃棉成形机组的设计。
1966年南京玻璃纤维研究设计院与大连玻璃棉厂合作开展离心喷吹玻璃棉探索试验,为离心喷吹玻璃棉工性试验提供理论基础和技术准备 。
1979年在实验室研发的基础上,南京玻璃二厂建成国内第一套微纤维玻璃棉生产机组和超高效空气过滤纸生产线,至此中国微纤维玻璃棉及其制品的雏形初现。
1996年南京玻璃纤维研究设计院成功开发微纤维玻璃棉绝热纸,为当时导热系数最小的绝热材料,并且广泛应用于电加热的家用电器上。
2013年,玻璃棉成为世界上应用最广泛的绝热材料之一。
分类
按化学成分分类
无碱玻璃棉
无碱玻璃棉即指玻璃成分中氧化钠含量在2%以下的制品,它的化学稳定性和电绝缘性能及强度都很好,可用于外温度600°C下及对抗蚀性有严格要求的场合。
中碱玻璃棉
中碱玻璃棉,即指一般平板玻璃成分中碱金属氧化物含量在12%左右的制品,可用于外壁温度450°C以下以及对抗腐蚀性没有特殊要求的场合。
高碱玻璃棉
高碱玻璃棉,即指一般玻璃成分中氧化钠含量在14.8%以上的制品,不能用于对耐酸有特殊要求之处,其最高使用温度为300°C。
按照纤维直径分类
玻璃短棉
玻璃短棉,又叫普通玻璃棉,它是由熔融状态的玻璃液,流经多孔漏板后,形成一排液流,再用过热蒸汽或压缩空气喷吹而成的为玻璃纤维,并沉积于积棉室。外观类似棉絮,故称短棉。 其纤维长度为50~150mm,纤维直径12μm,外观洁白。
超细玻璃棉
超细玻璃棉是熔融状态的玻璃液从多孔漏板流出来后,经橡胶拉制成一次纤维,再经高温、高速燃气喷吹而成二次玻璃纤维,并沉积于积棉室。普通超细玻璃棉的纤维直径比普通玻璃棉细的多,一般在4μm以下,外观洁白。此外超细玻璃棉还具有轻质、低导热、耐腐蚀、绝缘、隔音和隔热等优异性能,在航空等领域被广泛应用。
超细璃棉分为以下三种。
(1)普通超细玻璃棉简称超细。其成分含有一定的碱,所以又称有碱超细玻璃棉,不能用于对耐酸有特殊要求之处。
(2无碱超细玻璃棉,其成分含碱量极小(总含碱量小于0.7%),高温最高使用温度6000。
( 3)高超细璃棉是以无超细璃经处理和水后制成。由于除了玻璃中易熔部分,剩下96%以上的一氧化硅,因而具有耐高温耐腐的特点, 最高使用温度为1000°C。
中级纤维玻璃棉
中级纤维玻璃棉,即将废玻璃熔化后,利用滚筒先拉制成连续纤维,最后再切断成具有一定长度的玻璃纤维,称为中级纤维玻璃棉。
生产工艺
火焰喷吹法
概述
火焰喷吹法玻璃棉生产技术装备简单,投资少,棉纤维直径细(最细直径0.1pm),手感好,但该方法产量低、能耗大、成本高。这种生产方法不适用生产传统的保温隔热用的玻璃棉制品,20世纪90年代初已被先进的低能耗离心喷吹法所取代。但对特殊用途的各种微纤维玻璃棉,火焰喷吹法仍然是唯一的生产方法。生产工艺主要包括原料配制、玻璃熔化及玻璃棉成型等工序。
工艺流程
1.原材料选择:多数情况下玻璃棉的制造以碎玻璃、玻璃块、玻璃球为原料,有的可以用中碱球或是无碱球作为原材料。
2.玻璃融化:在选择完原材料后便是对原材料进行清洗,清洗完成后将原材料送入熔炉中进行熔化。
3.玻璃拉丝:熔化完成后的玻璃液在经过熔化炉底部多孔漏板流出后,会由一对胶辊拉成直径0.2~0.5mm的一次纤维或称一次丝。
4.喷棉:一次丝形成后会在胶辊的牵引下,将一次丝排列整齐后送到燃烧室喷出的火中,这种高温高速火焰会将一次丝再次进行熔化,随后在玻璃棉成形同时喷入雾化的水溶性没药树黏结剂。
5.玻璃棉成型:融化成功后会形成棉纤维,后将形成的棉纤维送入集棉室并沉积到网带之中牵伸成玻璃棉,定型成为玻璃棉的板、管、毡制品。
离心法喷吹法
离心喷吹玻璃棉工艺基本原理是,熔融玻璃液经漏板形成的高温玻璃液流股并流入高速旋转的离心器内,离心器的侧壁有余个小孔,在离心力的作用下玻璃液通过离心器侧壁小孔形成辐射状万余条细的玻璃液流股,在环形高温高速火焰喷吹作用下细流股被牵伸成棉纤维即称离心喷吹玻璃棉。成形的棉纤维施加树脂型黏结剂,经铺毡、固化、切裁成各种规格尺寸的玻璃棉制品。离心喷吹工艺能耗低、效率高、渣球含量少、技术经济效果好,当今世界各国的玻璃棉生产广家,绝大多数均采用离心立吹法。
蒸汽(或压缩空气)立吹法
蒸气立吹法制造玻璃棉的生产过程是连续的,它所用的机构及设备组成一条机械化的传送生产线从熔化玻璃开始到最后制得成品为止其间生产过的全部工序都在这条生产线上完成。
性能参数
性能要求
玻璃棉一般具有容重小、耐热性能好、保温绝热、吸声系数高等性能特点。
耐热性
由于玻璃棉是由互相交错的玻璃纤维构成的多孔结构材料,其导热系数相对较低,一般约为0.037~0.039W/(mK)之间,普通玻璃棉一般可忍受300摄氏度以下温度,如果是无碱超细玻璃棉则可忍耐600摄氏度以下温度。
吸声系数
玻璃棉能够吸声的原因是因为内部的玻璃纤维相互交错、结构蓬松,超细玻璃棉内部具有大量内外连通的微小孔隙和孔洞,当声波入射到玻璃棉上时,声波就能顺着孔隙进入到材料的内部,这样就引起了空隙中空气分子振动。由于空气的粘滞阻力,空气分子与孔隙壁间的摩擦力,声能被转化成热能从而损耗,如超细玻璃棉的密度为20kg/立方米,其吸声系数NRC大于等于0.75。
示例参数
相关产品
玻璃棉板
玻璃棉板是破璃棉中加入适量的热固性树脂胶黏剂加工形成的具有一定刚度的板状绝热材料。其适用于对环境要求较高的场所,如高档公寓、会所办公室等。
玻璃棉卷毡
玻璃棉卷毡是以破璃纤维为主要原料,经滚压制成的厚度在20mm以上柔性的毡状材料。其中不含胶黏剂的称为原棉毡,原棉毡使用温度可高达400℃,但机械强度较差。而在玻璃棉毡的一面或两面铺有金属网的称为金属网棉毡。也可贴牛皮纸、玻璃布、塑料薄膜或金属箔经缝纫或不缝纫,称为贴面棉毡或贴面缝毡。玻璃棉卷毡主要适用于包扎各种形状的暖通空调风管。
玻璃棉管壳
玻璃棉管壳是以玻璃棉、玻璃棉毡为主要原料,加入少量热固性胶黏剂,经卷管、压制定形制成的管状或半管状制品。为提高强度、便于施工,其表面常被粘贴上牛皮纸、玻璃布、塑料薄膜或金属箔。玻璃棉管壳常在建筑上用作供暖管线的绝热、保温。
应用领域
电力热力系统
由于玻璃棉的保温性能相对来说优于硅酸铝制品,能在400℃及以下的热力设备与管道上作保温层,因此其在电力工程、热力供热工程上有着广泛的应用。
建筑
随着人们生活水平的提高,对住宅、工作环境保持适宜温度的要求愈来愈广泛,因此房屋采暖、空调也逐渐增加,建筑物的使用能耗将大幅度上升。为降低建筑物的使用能耗,应合理使用轻质高效绝热材料,而玻璃棉不但能够大大减轻建筑自重,还可以节约大量燃料,因此,玻璃棉在建筑节能工程中应大力推广使用。玻璃棉主要用作于建筑构件、双层墙壁及楼板中空隙处的填料,借以保温隔音。
制冷
由于玻璃棉制品在低温环境中仍具有较低的导热系数,并且无毒,化学稳定性好,其逐渐在制冷行业应用,如冷库冷藏车的隔热板、制冷行业的各类制冷管道 、隔热管套等。
汽车
汽车发动机在运转时会产生大量的热能,对驾驶室和车厢内环境影响很大,玻璃棉的作用是改善车内工作环境,减少热的辐射和传递 。在汽车发动机仓罩、轿车前围隔热吸声板 、工程机械车驾驶室隔热吸声板等方面,均有玻璃棉的应用。
发展趋势
技术发展
节能
当今世界有效的利用能源、节能降耗是摆脱能源危机的有效途径之一,建筑保温及各类热工设备的保温绝热,已成为节能的重要措施。玻璃棉及其制品由于拥有不燃、不霉、不蛀、不变形、轻质等一系列优点,是一种高效的节能材料。
建筑保温
建筑绝热保温材料是建筑节能的物质基础。性能优良的建筑绝热保温材料和良好的保温技术,在建筑和工业保温中往往可起到事半功倍的效果,而玻璃棉则是具有优异的保温和装饰效果,在未来建筑保温方面有着良好的应用。
环保
随着对环境保护意识的增强,噪声污染对人们的健康和日常生活的危害日益为人们所重视,建筑的吸声功能在诸多建筑功能中的地位逐渐提高。对于一般建筑物来说,吸声材料无需单独使用,其吸声功能是与保温绝热及装饰等其他新型建材相结合来实现的。因此在改善建筑物的吸声功能方面,具有良好吸声性能的玻璃棉起着其他材料所无法替代的作用。
市场环境
世界
面对着全球能源的日益紧张 ,世界各国特别是欧美发达国家对节能技术给予了充分的重视 。近几十年来,各国在建筑设计和施工 、新型建筑材料的开发和应用、建筑节能法规的制定和实施 、建筑节能认证和管理等方面做了很多的工作,根据研究,全球玻璃棉的主要应用在住宅保温领域,其中西欧国家及北美的住宅市场的回暖及住宅标准的提高是增长的主要因素。而在亚太地区玻璃棉这样的保温材料的应用大部分局限于工业及商业建筑领域,住宅市场的大门受技术推广及国民的经济水平的限制任未真正打开。随着各个国家对住宅节能的标准的制定及相关行业领袖企业的技术引入,住宅市场蕴藏着巨大的市场机会。
中国
根据《中国绝热节能材料行业“十三五”发展规划》,中国绝热节能材料主要有几大应用领域,包括建筑围护结构的隔热保温和工业冷热设备、窑炉、管道,以及交通工具隔热保温。玻璃棉及制品作为第三代绝热吸声新兴材料,其研制和生产受到国家多项产业政策鼓励、支持和引导。
相关标准
世界
中国
相关品牌
世界
欧文斯科宁
美国欧文斯科宁公司致力于保温材料、屋面系统和玻璃纤维复合材料的开发、生产和销售,其总部设在美国俄亥俄州的美国托莱多市,2020年销售额达71亿美元,在33个国家拥有员工约18000名,已连续66年入选“《财富》500强”。其主导产品有欧文斯科宁ECOTOUCH宜可玻璃棉等。
圣戈班集团
圣戈班以成为轻型与可持续建筑领域的全球标杆企业为愿景,基于持续的创新努力而诞生,可提供卓越的可持续性和性能。2022年圣戈班集团位于《财富》全球500强第252位,连续9年被评为全球100最具创新力企业,集团的业务遍及全球76个国家,其产品有:ISOVER 无甲醛暖通玻璃棉板,ISOVER无甲醛玻璃棉毡,ISOVER 暖通玻璃棉板等。
中国
华美节能
华美节能科技集团有限公司总部坐落于京津冀、环渤海经济圈中心地带,是集研发、生产和销售于一体的企业集团,由8个公司组成,拥有9个产业园区,在河北、四川、广东、江西、广西建有生产基地,专业化生产橡塑绝热保温材料、离心玻璃棉、挤塑聚苯乙烯保温板(XPS)等绝热节能产品。其产品有:美乐斯·逸家无甲醛、无丙烯酸环保玻璃棉,华美通用玻璃棉,华美憎水型玻璃棉等。
国美
河北国美新型建材有限公司,是以生产离心玻璃棉、硅酸铝等系列保温产品的专业企业,是一个集研发、生产和销售于一体的大型企业。公司位于河北省廊坊市大城县,现有5个厂区,固定职工600余人,其中管理人员90余人,中高级职称技术人员60余人。其主导产品有:玻璃棉管,彩色玻璃棉,白色无甲醛玻璃棉等。
玻璃棉的危害
玻璃棉的直径极小,被视为微米级材料,材料比较脆弱,施工和安装过程中容易折断并且产生细微的纤维粉尘散落从而污染现场环境,且影响人们的呼吸,在其散落到人体的皮肤表面时还会引起刺痒的症状。其扎在皮肤上也会使皮肤刺痒,有少数人出现皮肤过敏,长年与玻璃纤维接触的工人容易发生接触性皮炎,可患结膜炎角膜炎,严重者可见角膜混浊和局部脓肿。如果超细玻璃丝棉粉尘颗粒进入肺里,会使肺部产生硬化现象。长期在这种环境中工作的人患石棉沉着病的几率较大,其主要病理的改变是肺间质纤维化和胸膜纤维化。
参考资料
玻璃棉.术语在线.2023-11-02
欧文斯科宁.欧文斯科宁官网.2023-10-30
玻璃棉制品. 河北国美新型建材有限公司 官网.2023-10-30
中国标准服务网.国家标准全文公开系统..2023-10-30
中国标准服务网.国家标准全文公开系统..2023-10-30
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GB/T 13350-2017.中国标准服务网.2023-10-30
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JC/T 978-2012 .中国标准服务网.2023-10-30
圣戈班集团.圣戈班.2023-10-30
华美.华美节能官网.2023-10-30
目录
概述
简史
分类
按化学成分分类
无碱玻璃棉
中碱玻璃棉
高碱玻璃棉
按照纤维直径分类
玻璃短棉
超细玻璃棉
中级纤维玻璃棉
生产工艺
火焰喷吹法
概述
工艺流程
离心法喷吹法
蒸汽(或压缩空气)立吹法
性能参数
性能要求
耐热性
吸声系数
示例参数
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玻璃棉卷毡
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应用领域
电力热力系统
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中国
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世界
欧文斯科宁
圣戈班集团
中国
华美节能
国美
玻璃棉的危害
参考资料