玻璃棉

玻璃棉（英文名:Glass wool）是一種人造無機(jī)纖維，以石英砂、石灰石、白云石等天然礦物為主要原料，與純堿、硼砂等一些化工原料熔制成玻璃。在熔融狀態(tài)下，通過外部吹風(fēng)系統(tǒng)紡成絮狀細(xì)纖維。其特點(diǎn)是體積密度小、成型性好、導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱、吸音系數(shù)高、耐腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定。它是一種優(yōu)良的隔熱、吸音和過濾材料。

第一次世界大戰(zhàn)期間，由于進(jìn)口石棉的來源被切斷，德國開始開發(fā)玻璃棉作為替代品。1930年，美國開發(fā)了蒸汽或空氣吹制方法，使每根初級(jí)玻璃纖維被氣流分裂和拉伸成細(xì)而短的纖維。這種方法大大提高了玻璃棉的產(chǎn)量。1936年，法國圣戈班公司開發(fā)了圓盤離心法，1949年，美國歐文斯科寧玻璃纖維公司發(fā)明了火焰吹制法，1956年，法國圣戈班公司首先發(fā)明了離心吹制法。此后，世界各國主要采用火焰吹制法和離心吹制法生產(chǎn)玻璃。

根據(jù)化學(xué)成分，玻璃棉可分為無堿、中堿和高堿玻璃棉。其生產(chǎn)技術(shù)可分為火焰玻璃棉、離心吹制玻璃棉和蒸汽（或壓縮空氣）垂直吹制玻璃棉。世界上大多數(shù)國家采用離心吹氣法，其次是火焰法。生產(chǎn)工藝主要包括原料準(zhǔn)備、玻璃熔化和玻璃棉成型。玻璃棉產(chǎn)品按其形態(tài)結(jié)構(gòu)可分為玻璃棉、玻璃棉板、玻璃棉帶、玻璃棉毯、玻璃棉鉆和玻璃棉殼。玻璃棉廣泛應(yīng)用于熱力系統(tǒng)、石油化工、建筑、冶金、交通運(yùn)輸、制冷設(shè)備、電力、車船、航空等領(lǐng)域。

按化學(xué)成分分類

無堿玻璃棉：無堿玻璃棉是指玻璃成分中氧化鈉含量低于2%的產(chǎn)品。它的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性和強(qiáng)度非常好，可以在600°C的外部溫度和嚴(yán)格要求耐腐蝕性的地方使用。

中堿玻璃棉：中堿玻璃棉，即一般平板玻璃組件中堿金屬氧化物含量約為12%的產(chǎn)品，可用于外壁溫度低于450°C且對(duì)耐腐蝕性沒有特殊要求的情況。

高堿玻璃棉：高堿玻璃棉，即一般玻璃成分中氧化鈉含量在14.8%以上的產(chǎn)品，不能用于對(duì)耐酸性有特殊要求的場所，其最高使用溫度為300°c。

根據(jù)纖維直徑分類

玻璃纖維棉：短玻璃棉也稱為普通玻璃棉，由熔融玻璃制成，玻璃流經(jīng)多孔襯套形成引流流，然后被過熱蒸汽或壓縮空氣吹動(dòng)形成玻璃纖維，玻璃纖維沉積在聚棉室中。外觀類似于棉絮，因此被稱為短棉。其纖維長度為50 ~ 150毫米，纖維直徑為12微米，外觀為白色。

超細(xì)玻璃棉：超細(xì)玻璃棉是一種二次玻璃纖維，是由熔融玻璃從多孔襯套中流出，經(jīng)橡膠輥拉伸后，經(jīng)高溫高速氣體吹送，沉積在聚棉室中而形成的。普通超細(xì)玻璃棉的纖維直徑比普通玻璃棉細(xì)得多，一般在4μm以下，外觀呈白色。此外，超細(xì)玻璃棉具有重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐腐蝕、絕緣、隔音和隔熱等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于航空等領(lǐng)域。

超細(xì)玻璃棉分為以下三種類型。

（1）普通超細(xì)玻璃棉簡稱超細(xì)。它的成分中含有一定量的堿，因此又稱為堿性超細(xì)玻璃棉，不能用于對(duì)耐酸性有特殊要求的地方。

（2）無堿超細(xì)玻璃棉，其成分含堿極少（總堿含量小于0.7%），高溫下最高使用溫度為6000。

（3）高超細(xì)玻璃棉由非超細(xì)玻璃經(jīng)處理后與水制成。由于玻璃中除易熔部分外還有96%以上的SiO，因此具有耐高溫、耐腐蝕的特點(diǎn)，最高使用溫度為1000°c。

中間纖維玻璃棉：中間纖維玻璃棉被稱為中間纖維玻璃棉，即廢玻璃熔化后，先用輥拉成連續(xù)纖維，再切成一定長度的玻璃纖維。

鼓風(fēng)過程

火焰噴吹法玻璃棉生產(chǎn)工藝和設(shè)備簡單，投資少，棉纖維直徑細(xì)（最小直徑為0.1pm），手感好，但該方法產(chǎn)量低、能耗高、成本高。這種生產(chǎn)方法不適合生產(chǎn)隔熱用的傳統(tǒng)玻璃棉產(chǎn)品，在20世紀(jì)90年代初已被先進(jìn)的低能耗離心吹塑法取代。但對(duì)于各種特殊用途的超細(xì)纖維玻璃棉，火焰吹制仍是唯一的生產(chǎn)方法。生產(chǎn)工藝主要包括原料準(zhǔn)備、玻璃熔化和玻璃棉成型。

工藝流程

1.原料的選擇:大多數(shù)情況下，玻璃棉是由碎玻璃、玻璃塊和玻璃球制成的，有些可以使用中堿球或無堿球作為原料。

2.玻璃熔化:選擇原料后，對(duì)原料進(jìn)行清洗，清洗后將原料送入熔爐熔化。

3.玻璃拉絲:熔融玻璃通過熔爐底部的多孔襯套流出后，將被一對(duì)膠輥拉伸成直徑為0.2 ~ 0.5毫米的初生纖維或細(xì)絲。

4.噴棉:初生絲形成后，會(huì)在膠輥的牽引下，有序排列并送入燃燒室噴出的火焰中。這種高溫高速火焰將再次熔化初級(jí)絲，然后在玻璃棉形成的同時(shí)噴涂霧化的水溶性樹脂粘合劑。

5.玻璃棉的成型:熔化成功后，將形成棉纖維，然后將形成的棉纖維送到集棉室并沉積在網(wǎng)帶中以拉伸成玻璃棉，然后成型為玻璃棉板、管和氈制品。

離心吹氣法

離心玻璃棉注射工藝的基本原理是熔融玻璃通過漏板形成的高溫玻璃液流流入高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)，離心機(jī)側(cè)壁上有一個(gè)小孔。在離心力的作用下，玻璃液流經(jīng)離心機(jī)側(cè)壁的小孔，形成1萬多條徑向細(xì)玻璃液流，在環(huán)形高溫高速火焰噴射的作用下被拉伸成棉纖維。成型的棉纖維上涂上樹脂粘合劑，經(jīng)制氈、固化、切割成各種規(guī)格尺寸的玻璃棉制品。離心噴吹技術(shù)具有能耗低、效率高、渣球含量少、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果好等優(yōu)點(diǎn)。如今，世界上有許多玻璃棉生產(chǎn)商，它們大多采用離心垂直噴吹法。

垂直吹掃法

蒸汽垂直吹制成玻璃棉的生產(chǎn)過程是連續(xù)的，其中使用的機(jī)構(gòu)和設(shè)備形成了機(jī)械化輸送生產(chǎn)線，從熔化玻璃到最終制成成品的過程中產(chǎn)生的所有工序都在這條生產(chǎn)線上完成。

性能需求：玻璃棉一般具有體積密度小、耐熱性好、隔熱性好、吸聲系數(shù)高等特點(diǎn)。

耐熱性：由于玻璃棉是由交織的玻璃纖維組成的多孔結(jié)構(gòu)材料，其導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低，一般在0.037-0.039 W/（MK）之間。普通玻璃棉一般可以耐受300℃以下的溫度，如果是無堿超細(xì)玻璃棉，則可以耐受600℃以下的溫度。

吸聲系數(shù)：玻璃棉之所以能吸音，是因?yàn)槔锩娴牟ＡЮw維是交錯(cuò)的、蓬松的。超細(xì)玻璃棉中有許多微小的孔隙。當(dāng)聲波入射到玻璃棉上時(shí)，它們可以沿著孔隙進(jìn)入材料，這導(dǎo)致間隙中的空氣分子振動(dòng)。由于空氣的粘性阻力和空氣分子與孔壁之間的摩擦，聲能轉(zhuǎn)化為熱能并損失掉。例如超細(xì)玻璃棉的密度為20kg/m，其吸聲系數(shù)NRC大于或等于0.75。

玻璃棉板：玻璃棉板是在破碎的玻璃棉中加入適量熱固性樹脂粘合劑制成的具有一定剛性的板狀保溫材料。適用于對(duì)環(huán)境要求較高的場所，如高檔公寓、會(huì)所辦公室等。

玻璃棉氈：玻璃棉氈是以碎玻璃纖維為主要原料卷制而成的厚度超過20毫米的柔性氈狀材料。其中，沒有粘合劑的稱為原棉氈。原棉氈的溫度可高達(dá)400℃，但其機(jī)械強(qiáng)度較差。單面或雙面帶有金屬網(wǎng)的玻璃棉氈稱為金屬網(wǎng)棉氈。你也可以貼牛皮紙、玻璃布、塑料薄膜或金屬箔，有或沒有縫合，這被稱為貼面棉氈或貼面縫氈。玻璃棉氈主要適用于包裹各種形狀的暖通管道。

玻璃棉殼：玻璃棉管殼是以玻璃棉和玻璃棉氈為主要原料，加入少量熱固性粘合劑，經(jīng)滾壓而成的管狀或半管狀產(chǎn)品。為了提高強(qiáng)度和便于施工，其表面常粘貼牛皮紙、玻璃布、塑料薄膜或金屬箔。玻璃棉管殼常用作建筑中供熱管道的隔熱保溫。

電熱系統(tǒng)：由于玻璃棉的隔熱性能優(yōu)于硅酸鋁制品，可在400℃以下的熱力設(shè)備和管道上用作保溫層，因此被廣泛應(yīng)用于電力工程和熱力供熱工程。

玻璃棉

建設(shè)：隨著人們生活水平的提高，對(duì)居住和工作環(huán)境保持適宜溫度的要求越來越廣泛，因此房屋的供暖和空調(diào)逐漸增加，建筑物的能耗將大大增加。為了降低建筑物的能耗，應(yīng)合理使用輕質(zhì)高效的保溫材料，而玻璃棉不僅可以大大減輕建筑物的重量，還可以節(jié)省大量燃料。因此，玻璃棉應(yīng)廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能工程。玻璃棉主要用作建筑構(gòu)件、雙層墻體和地板縫隙中的填充物，起到保溫隔音的作用。

冷凍：由于玻璃棉制品在低溫環(huán)境下仍具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，且無毒、化學(xué)穩(wěn)定性好，因此逐漸應(yīng)用于制冷行業(yè)，如冷庫冷藏車的隔熱板、制冷行業(yè)的各種制冷管道和隔熱套等。

汽車：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，對(duì)駕駛室和車廂內(nèi)的環(huán)境影響很大。玻璃棉的作用是改善車內(nèi)的工作環(huán)境，減少熱量的輻射和傳遞。玻璃棉已應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩、汽車前圍隔熱吸音板、工程機(jī)械駕駛室隔熱吸音板等。