Technologie výroby a technické vlastnosti minerální vlny

GOST 31913-2011 „Tepelně izolační materiály a výrobky. Termíny a definice“ definuje minerální vlnu jako jednotící koncept pro širokou škálu izolačních výrobků vyrobených z různých typů vláken. Existují tři hlavní typy minerální vlny:

• Skleněná vata nebo skelná vata. Tento materiál se vyrábí na bázi rozbitého skla nebo odpadu ze sklářského průmyslu.
• Kamenná vlna nebo kamwata. Tento materiál se vyrábí na bázi roztaveného vápence, čediče, dolomitu a dalších vulkanických a skalních hornin.
• Strusková vlna nebo strusková vlna. Tento materiál se vyrábí na bázi roztavené strusky a jiných pevných průmyslových odpadů.

Z hlediska GOST jsou všechny tyto materiály typem minerální izolace. Pokud však přijdete do obchodu a požádáte prodavače, aby vám ukázal sortiment minerální vlny, vezme vás do regálu, kde budou pouze pytle s kamennou vatou. V praxi se tato odrůda nazývá minerální, rozděluje struskovou vlnu a skelnou vlnu do samostatných, nezávislých kategorií materiálů. Vlastnosti a vlastnosti, které dělají kamenné vlákno tak populární, jsou diskutovány dále v článku.

Rozdíly mezi minerální vlnou a jinými vláknitými izolačními materiály

Kamwata si svou oblibu získala díky svým jedinečným vlastnostem, které ji odlišují od vláknitých izolačních materiálů vyrobených z jiných materiálů. Porovnejme minerální vlákno zvlášť se skelnou vatou a struskovou vatou a vyzdvihněme vlastnosti a charakteristiky, díky nimž minerální vlna převyšuje její konkurenty.

Skleněná vlna. Tepelná izolace, zvuková izolace, odolnost proti vysokým teplotám a požární odolnost skelné vlny jsou přibližně stejné jako u kamenné vlny. Izolace ze skleněné vlny je zároveň výrazně horší než minerální vlna v následujících ukazatelích:

• Hygroskopičnost. Skelná vata snadno absorbuje vodu, a pokud se namočí, materiál ztrácí své tepelně izolační vlastnosti a stává se náchylným k hnilobě.
• Životnost. Při dodržení technologie montáže izolačních desek a její správné údržbě vydrží skelná vata maximálně 10 let, poté bude vyžadovat výměnu. Za podobných podmínek vydrží izolace z minerální vlny klidně od 25 do 50 let, aniž by ztratila tepelnou izolaci a další vlastnosti.
• Složitost výrobní práce. Při práci s jakýmkoliv typem vláknité izolace je třeba věnovat zvláštní pozornost ochraně dýchacích cest a pokožky. Ale i mezi svými analogy vyniká skelná vlna svou křehkostí a křehkostí. Tento materiál se snadno drolí a při kontaktu s pokožkou způsobuje silné svědění a pálení.

Strusková vlna. Tento materiál je v řadě vlastností horší než jeho analog z minerální vlny:

• Hygroskopičnost. Strusková vlna stejně jako skelná vata snadno absorbuje vodu a ztrácí své tepelně izolační vlastnosti. Tento materiál se vyznačuje tím, že za vlhka se prudce zvyšuje kyselost struskové vlny, což vede ke korozi a poškození sousedních kovových konstrukcí.
• Nízká požární odolnost. Při zahřátí na teplotu 300 stupňů se vlákna struskové vlny spékají a ztrácí své tepelně izolační vlastnosti. Maximální teplota ohřevu materiálu na bázi čediče je 600 stupňů.
• Tepelná vodivost. Tepelná vodivost struskové vlny podle GOST je vysoká a pohybuje se od 0.046 do 0.046 kW/mK. Pro srovnání u minerální vlny je to 0.035 – 0.039 kW/mk. Čím nižší je indikátor, tím lépe materiál udržuje teplo.
• Složitost výrobní práce. Z hlediska křehkosti a křehkosti je strusková vlna srovnatelná se skelnou vlnou.

Abychom pochopili, proč má minerální vlna oproti jiným vláknitým izolačním materiálům výhody v řadě charakteristik, podívejme se na technologii výroby tohoto materiálu.

Technologie výroby minerální vlny

Před zahájením výroby minerální izolace je nutné vyvinout chemické složení budoucího vlákna. Kromě hlavní látky může materiál obsahovat různé přísady, které zlepšují různé vlastnosti materiálu. Závisí na něm jeho pevnost, životnost, odolnost vůči vysokým teplotám, vlhkosti, chemická neutralita materiálu atd. Je důležité si uvědomit, že neexistuje žádný univerzální recept na vlákno z minerální vlny; každá společnost si objednává vývoj složení pro sebe, a proto bude mít každá značka své vlastní charakteristické vlastnosti.

Po vyvinutí chemického složení začíná proces výroby izolace z minerální vlny. Vypadá to takto:

1. Ve speciálních tavicích pecích se suroviny taví zahřátím na teplotu 1400-1500 stupňů.
2. Jakmile je dosaženo požadované úrovně viskozity, tavenina je odeslána do odstředivky. Tam se tavenina mechanickým působením láme na dlouhá tenká vlákna, která jsou následně potažena fenolformaldehydovými pryskyřicemi, díky nimž nitě ztvrdnou a získají svůj pracovní tvar.
3. Proud vzduchu přivádí vlákno do speciální komory, kde se formuje do velké hmoty izolace.
4. Dále lamelový stroj dodává izolaci požadovaný objem a tvar.
5. Nakonec vlákno vstupuje do tepelné komory, kde je vystaveno vysokým teplotám. V důsledku tohoto působení pojivo polymeruje a výsledkem je hotový minerální izolační materiál.

Vzhledem ke svým fyzikálním vlastnostem mohou být určité vulkanické a horninové typy (čedič, křemen) nataženy na vlákna o tloušťce až 0.04 mikronu. Pro srovnání, tloušťka vlasu je od 40 do 120 mikronů a tloušťka pavučiny je 2-3 mikrony. Tak malý průměr vláken vysvětluje vysoké tepelně izolační vlastnosti – teplo se prostě nemá kde akumulovat. Navíc jsou uvnitř materiálu vytvořeny vzduchové kapsy, které také zabraňují hromadění vzduchu na jedné straně a poskytují vynikající výkon pohlcování hluku na straně druhé.

Třídy minerální vlny

Minerální vlna se používá pro tepelnou izolaci všech povrchů domu, ať už je to sklep, podlahy, vnější a vnitřní stěny, půda nebo střecha. K izolaci různých částí domu mohou být vyžadovány různé izolační vlastnosti, proto je na trhu k dispozici několik značek minerální vlny. Značení minerálních izolačních desek se provádí podle celkem jednoduché logiky: čím nižší číslo, tím nižší pevnost izolace a vyšší její tepelná vodivost a zvuková izolace. Uveďme příklad:

• Značka desky P-75. Běžně se používá pro izolaci potrubí a komunikací a lze jej použít pro izolaci podkroví a střech.
• Značka desky P-125. Tato deska se běžně používá pro izolaci stropů, podlah a vnitřních stěn. Je důležité, aby P-125, P-75 a zejména méně husté byly použity pro izolaci pouze nezatížených povrchů, jinak může dojít k jejich deformaci.
• Vysoce tuhá deska značky PPZh-175. Jedná se o deskový izolační materiál z minerální vlny se zvýšenou tuhostí. Měl by být používán pro izolaci kovových stěn nebo pro snížení tepelných ztrát v železobetonových konstrukcích.
• Vysoce tuhá deska značky PPZh-200. Tento typ desky se používá pro izolaci v místech s vysokým mechanickým zatížením nebo v místnostech, kde je vysoké riziko požáru nebo jiných nehod způsobených člověkem.

Abych to shrnul: výhody a nevýhody minerální vlny

Minerální vlna je nejpokročilejší a nejkvalitnější verze vláknité izolace. Jeho charakteristické vlastnosti jsou:

• Nehyroskopické – úroveň absorpce vody minerální vlnou nepřesahuje 0.5%.
• Požární odolnost – minerální vlna si při zahřátí na teplotu 600 stupňů Celsia zachovává své funkční vlastnosti a hořet začíná až při teplotě 1000 stupňů.
• Odolné vůči hnilobě, škůdcům a chemikáliím
• Nízká tepelná vodivost
• Vysoká paropropustnost
• Snadná instalace – vlákna minerální vlny se nedrolí a nedráždí sliznice ani pokožku
• Vysoký zvukově izolační výkon
• Trvanlivost – materiál vydrží minimálně 25 let a při dodržení provozního řádu a technologie montáže 50 a více let

Jako každý materiál má i minerální vlna své nevýhody. Patří sem:

• Vysoká cena materiálu. Průměrná cena metru krychlového skleněné vlny bude 1000 1500–5000 XNUMX rublů a metr krychlový minerální vlny – XNUMX XNUMX rublů.
• Při použití nekvalitní minerální izolace hrozí uvolňování toxického fenolu.

Abyste se tomu vyhnuli, doporučujeme nesnažit se šetřit na minerální izolaci, ale vybírat si spolehlivé značky od prověřených výrobců.

Výroba vláknité tepelné izolace, pokud si to představíme zjednodušeně, spočívá v získání nejjemnějšího vlákna z taveniny minerálních hornin nebo vysokopecní strusky – v případě kamenné nebo struskové vlny – nebo sklotvorné směsi (písek, soda, vápenec, tříštěné sklo) – v případě skleněné střiže – a jejich spojení pomocí pojiva. Výrobní proces lze rozdělit do těchto hlavních fází: výběr a příprava surovin, tavení minerálního materiálu, získání vlákna, zavedení pojiva, polymerace pojiva, řezání izolace na stanovené velikosti a balení.

Pojďme se podrobněji zabývat každou z fází.
1. Každý výrobce si vybírá vlastní unikátní složení surovin. Hlavní podmínkou pro výběr každého z nich je získání vysoce kvalitního vlákna. Počet a kvalitativní složení použitých komponentů určuje další spotřebitelské vlastnosti minerální a skelné vlny, jako je trvanlivost, hydrofobnost, chemická neutralita vůči kovům a dalším stavebním materiálům. V tomto případě se bere v úvahu potřeba získat produkt s vysokými tepelně izolačními vlastnostmi, který je odolný vůči dynamickému zatížení. Hlavním ukazatelem ovlivňujícím tyto výkonnostní vlastnosti je chemické složení vlákna a jeho tloušťka. Odborníci v oblasti tepelně izolačních materiálů hovoří o následujícím vztahu: čím tenčí vlákno, tím nižší hodnota součinitele tepelné vodivosti.
2. Surovina po promíchání vstupuje do pece, kde se taví při teplotě (obvykle) cca 1400-1500C. Tato fáze je jednou z nejdůležitějších v celém výrobním procesu, protože Teplota má rozhodující vliv na viskozitu taveniny, potažmo na tloušťku a délku vlákna, což následně ovlivňuje základní vlastnosti materiálu (tepelná vodivost, pevnost).
3. V další fázi vstupuje tavenina s danou viskozitou do zvlákňovací jednotky, jejíž hlavními jednotkami jsou víceválcové odstředivky a komora pro ukládání vláken. Zde, když tavenina narazí na válce rotující vysokou rychlostí (asi 7000 ot./min), vytvoří se vlákno, vyfouknuté proudem vzduchu pod vysokým tlakem. V této fázi se zavádí pojivo modernizované různými přísadami, které zajišťuje rovnoměrnou distribuci organických látek v celém objemu materiálu a činí jej homogennějším. Dále vlákno vstupuje do komory pro ukládání vláken, kde se vytváří tzv. „koberec“ a materiálu jsou dány předběžné rozměry.
Po nanášecí komoře vláken putuje „koberec“ do zvlňovacího nebo lamelového stroje, kde dochází k částečné orientaci vláken, což umožňuje získat výrobky z minerální vlny s vysokými mechanickými vlastnostmi (pevnost v tlaku, pevnost v roztržení vrstvy atd.).
4. Vytvořený „koberec“ vstupuje do komory tepelného zpracování, kde dochází k polymeraci pojiva a nastavení konečných fyzikálních a mechanických vlastností. Na kvalitním provedení tohoto procesu závisí pevnostní charakteristiky a tedy i kvalita výrobku jako celku.
5. Velká pozornost je věnována také další fázi – řezání „koberce“ na desky zadaných rozměrů, kdy je specifikována tloušťka, šířka a délka desek. Na první pohled se tento proces může zdát docela jednoduchý. V souvislosti se zvyšujícími se požadavky na stavební konstrukce je však nutné dodržovat přísné normy upravující odchylky od stanovených rozměrů stavebních materiálů. Naše zařízení v kombinaci s centralizovaným řízením v předchozích fázích zaručuje vysokou přesnost těchto ukazatelů.

Vlastnosti vláknité izolace

Kamenná a strusková vlna
Jak již bylo zmíněno, minerální vlna jsou tenká a pružná vlákna získaná ochlazením minerální taveniny, která byla předtím rozdrcena na kapky a tažena do vláken.
Podle druhu suroviny se minerální vlna dělí na kamennou a struskovou. Surovinou pro výrobu kamenné vlny jsou horniny – diabas, čedič, vápenec, dolomit aj. Strusková vlna se získává ze strusek železné a neželezné metalurgie. Přední výrobci používají jako suroviny pouze horniny, což jim umožňuje získat vysoce kvalitní minerální vlnu s dlouhou životností.
Kvalitu tepelně izolačních materiálů z minerální vlny výrazně ovlivňuje pojivo. Je výhodné používat produkty s fenolickým pojivem (fenolformaldehydové pryskyřice), protože močovinoformaldehydové pojivo je méně odolné vůči vodě.
Hovoříme-li tedy o vlastnostech výrobků z minerální vlny, budeme mít na mysli především vysoce kvalitní minerální vlnu na bázi hornin a fenolických pojiv, přestože strusková vlna, včetně močovinoformaldehydových pojiv, vyráběná v zařízeních dochovaných ze sovětských dob, zaujímá stále velký podíl na trhu.
Hlavní vlastností minerální vlny, která ji odlišuje od mnoha jiných tepelně izolačních materiálů, je její nehořlavost spojená s vysokou tepelnou a zvukovou izolační schopností. TIM z minerální vlny jsou navíc odolné vůči teplotním deformacím, nehygroskopické, chemicky a biologicky odolné, šetrné k životnímu prostředí a snadno se instalují.
Podle požadavků požární bezpečnosti patří výrobky z minerální vlny do třídy nehořlavých materiálů (NG). Navíc účinně zabraňují šíření plamene a používají se jako protipožární izolace a protipožární ochrana.
Tepelná vodivost výrobků z minerální vlny se skládá ze tří složek: tepelné vodivosti vláken, tepelné vodivosti vzduchu a vlhkosti nacházející se mezi vlákny a přenosu tepla sáláním. Tepelná vodivost pevné báze jako hlavní složka celkové tepelné vodivosti závisí na geometrii a orientaci vláken v prostoru. Při dané hustotě je nejúčinnějším tepelným izolantem minerální vlna s náhodně umístěnými a náhodně orientovanými vlákny.
Orientace vláken ovlivňuje nejen tepelnou vodivost, ale také pevnostní charakteristiky výrobků z minerální vlny. Jejich pevnost v tlaku se zvyšuje s nárůstem počtu vertikálně orientovaných vláken. Čím vyšší je procento vertikálně orientovaných vláken, tím nižší je hustota minerální vlny, kterou lze použít k zajištění dané pevnosti v tlaku. Nejprogresivnější jsou proto technologie výroby desek z minerální vlny, které poskytují vysoké procento vertikálně orientovaných vláken.
Důležitou vlastností materiálů z minerální vlny je jejich zanedbatelné smrštění (včetně tepelného smrštění) a zachování jejich geometrických rozměrů po celou dobu provozu budovy.
Minerální vlna má extrémně nízkou hygroskopičnost: obsah vlhkosti ve výrobcích z ní vyrobených za normálních provozních podmínek je 0,5 % objemu. Skladování na staveništi a montáž tepelné izolace však často probíhá ve vlhkých podmínkách (např. za deště). Pro minimalizaci nasákavosti se minerální vlna obvykle impregnuje speciálními vodoodpudivými sloučeninami (organosilikonové sloučeniny nebo speciální oleje).
Izolační materiály vyrobené z minerální vlny se vyznačují vysokou chemickou odolností. Minerální vlna je navíc chemicky pasivní prostředí a nezpůsobuje korozi kovů ve styku s ní. Tepelně izolační a mechanické vlastnosti výrobků z minerální vlny zůstávají na původní úrovni po celá desetiletí.
Použití minerální vlny umožňuje nejen tepelnou, ale i zvukovou izolaci stěn. Minerální vlna výrazně snižuje riziko vzniku stojatých zvukových vln uvnitř obvodové konstrukce, čímž zvyšuje izolaci od hluku šířeného vzduchem. Zvukově pohlcující vlastnosti materiálu zvyšují útlum akustických vln a výrazně snižují hladinu zvuku v místnosti.
Výhody materiálů z minerální vlny jsou doplněny snadnou instalací. V závislosti na oblasti použití a technických vlastnostech vyrábějí výrobní podniky tepelně izolační materiály z minerální vlny různých jakostí.
V rámových konstrukcích se obvykle používají měkké desky a rohože. Pevné a polotuhé desky z minerální vlny jsou určeny pro použití v zařízeních, kde je izolace vystavena mechanickému zatížení buď během montážních prací, nebo během provozu. Pevnost v tlaku tuhých výrobků přímo závisí na hustotě tepelně izolačního materiálu a obsahu pojiva.
Tepelně izolační výrobky z minerální vlny mají (ve srovnání s ostatními TIM) nejširší oblast použití ve stavebnictví. Níže je uveden seznam hlavních aplikací zahrnutých v tomto vydání:
— ve fasádních systémech vnější izolace „mokrého“ typu;
— jako tepelně izolační vrstva v předstěnových provětrávaných fasádách;
— ve vnějších stěnách s izolací na vnitřní straně stěn;
— ve vnějších stěnách s izolací uvnitř stěn (vrstvené zdivo, třívrstvé betonové nebo železobetonové panely, třívrstvé „sendvičové panely“ s kovovým opláštěním);
— jako podklad pro rolované a tmelové střešní krytiny;
— při výstavbě šikmých střech a podkroví;
— při konstrukci stropů a podlah, zejména podlah na zemi a spojů vnějších stěn a stropů.
Široká škála aplikací určuje širokou škálu produktů z minerální vlny vyráběných předními výrobci, mezi které patří:
— desky pro tepelnou izolaci kovových, cihlových a betonových částí budovy. Zpravidla jsou vtlačeny mezi odpovídající konstrukční prvky;
— rohože pro izolaci nadkrokevních a podlahových konstrukcí. Tyto výrobky musí být chráněny před vlhkostí instalací parozábrany na „teplé“ straně;
— speciální desky na ochranu proti větru, které se doporučují pro použití jako ochrana proti větru přes měkké desky ve stěnových a krokvích. Speciálně pro „větrané“ fasády byly vyvinuty hotové dvouvrstvé tepelně izolační desky s vrstvami různé hustoty. Instalují se tak, že hustší část je na vnější straně (na straně ventilační mezery) a méně hustá část přiléhá ke stěně (základně).
— polotuhé desky, které vydrží mechanické zatížení až 5 kN/m2. Takové desky se používají například v železobetonových třívrstvých panelech (sendvičové konstrukce). Často takové desky mají speciální drážky pro odvod kondenzátu. To je důležité zejména tam, kde není možné instalovat větrací vzduchové mezery. Například ve stejných železobetonových třívrstvých panelech, zejména proto, že vnější plášť má nízkou propustnost pro páry.
— tuhé desky, které vydrží zatížení až 12 kN/m2;
— desky s vysokou tuhostí určené pro izolaci plochých střech a sloužící jako podklad pro rolované a lité střešní krytiny. Byly vyvinuty speciální desky, které při použití jako vrchní vrstva (s dvouvrstvou střešní izolací) dodají střeše potřebný sklon.

Skleněná vata
Skleněná vlna je materiál, který je vláknem, které má z hlediska technologie výroby a vlastností mnoho společného s minerální vlnou. K získání skleněného vlákna se používají stejné suroviny jako k výrobě běžného skla nebo odpadu ze sklářského průmyslu.
Z hlediska vlastností se skelná vlna poněkud liší od minerální vlny a struskové vlny. Rozdíly jsou způsobeny zejména tím, že vlákna skelné vlny jsou silnější (16-20 mikronů) a 2-3x delší. Díky tomu mají výrobky ze skleněné vlny zvýšenou elasticitu a pevnost. Skelná vata je téměř homogenní a odolná vůči vibracím. Tepelná vodivost je v rozmezí 0,030-0,052 W/m•K. Teplotní odolnost skelné vaty konvenčního složení je +450°C, což je výrazně nižší než u minerální vlny.
Tepelně izolační materiály ze skelných vláken jsou dobrými zvukovými izolanty, protože mají vláknitou strukturu a dobře pohlcují zvuk. Mají vysokou chemickou odolnost, neobsahují korozivní látky a jsou nehygroskopické. Ošetření proti hnilobě a absence zápachu zabraňují výskytu škůdců a plísní ve stavebních konstrukcích. Tento nehořlavý materiál nevypouští toxické nebo škodlivé látky, když je vystaven ohni.
Výrobky ze skelné vlny jsou široce používány pro tepelnou izolaci stavebních konstrukcí. Sklolaminát je měkký a pružný materiál. Výrobky z ní lze použít k pokrytí nerovných povrchů a také ve strukturách jakéhokoli tvaru a konfigurace. Tepelně izolační výrobky ze skelné vaty se zároveň vyznačují tvarovou stálostí a odolávají stárnutí, aniž by podléhaly deformaci. Oblasti použití jsou prakticky stejné jako u výrobků z minerální vlny.
Sortiment tepelně izolačních výrobků využívajících skelnou vatu zahrnuje: rohože (měkké desky), šité rohože, polotuhé desky na syntetické vazbě, desky s vysokou tuhostí, která jim umožňuje odolat značnému zatížení. Pevné desky pokryté skelnou plstí poskytují dobrou ochranu proti větru. Dlouhé strany desek lze spojovat pomocí pera a drážky, což zajišťuje spolehlivé upevnění a absenci mezer.
Více o situaci na trhu se skleněnou a minerální vlnou se můžete dozvědět ve zprávě Akademie studií průmyslového trhu „Trh vláknité tepelné izolace v Rusku“.

Tematický katalog článků z RusArticles.com