岩棉(rock wool),也称岩棉纤维,是一种
无机化合物纤维。自然界存在的岩棉是经火山
熔岩熔化后质地柔软胡的岩石。现代工艺是以
玄武岩、
冶金焦和
碳酸钙为主要原料,在1600℃高温下熔解后经高速旋转
离心成微细的纤维,再成型为板条状、块状、粒状、或绵状等不同形状及性质之成品。
岩棉具有不燃、体轻、
化学稳定性好、吸声系数高、导热系数低等优点。
由岩棉制成的材料称为岩棉制品,一般分为绝热材料和吸声材料两大类,用途相当广泛,主要用于:工业、建筑、船舶和农业等领域。中国岩棉行业纤维平均直径主要在4μm至6μm,根据格里菲斯微裂纹理论可理解:单纤维直径越细,纤维强度越高。
岩棉成分
岩棉主要化学成分为
二氧化硅、
氧化钙、
氧化铝、
氧化镁及微量的钠、钾、锰等,此外还有
氧化铁(三氧化二铁或
氧化亚铁),氧化铁和
碱金属氧化物等,呈微碱性反应。因其在高温下制成,故不带
病原菌,也几乎不具离子
吸附能力。而利用工业废渣制成的岩棉通常称
矿渣棉,因其废渣来源不同,还可能有少量的其他氧化物。
发展历史
人类最早认知的岩棉纤维是在
夏威夷岛第一次
火山喷发之后,发现的一缕一缕熔化后质地柔软的岩石。现代岩棉是模拟了火山喷发后
熔岩高温熔化岩石这一自然过程来制造生产的。20世纪30年代,
欧洲在工厂内将天然岩
矿石等原料在
冲天炉内熔融后,然后由下部料口流出,经滚式
离心机用丝成型。也可采用池窑或
电弧炉熔化并用盘式
离心或喷吹成型。到2016年,丹麦、芬兰、
荷兰、
瑞典、
法国、德国、
日本、
澳大利亚、
意大利、
美国等国家具有领先世界的生产技术及装备,欧洲大规模的岩棉制品生产企业的生产技术及装备已经更新至第四代、第五代,与原有的技术存在非常大的差异。
中国于20世纪50年代末,开始引进矿棉生产技术,直至20世纪70年代末才开始建成产业。20世纪80年代,中国分别从6个国家引进了10多条不同风格、不同规模的矿棉生产线,从此,奠定了中国岩棉的发展基础。1995年,西斯尔(CSR)集团进入中国,在
广州市建立岩棉生产工厂,这是中国岩棉生产的先例,之后通过
南京玻璃纤维研究设计院(简称玻纤院)对岩棉生产技术进行国际引进及逐步消化,直到2008年,岩棉才真正做到国产化。
岩棉特性
酸度系数MK
MK =(SiO2+Al₂O₃) / (CaO+MgO)
一般MK值控制在1.2 ~1.8范围,MK值愈大,岩棉的耐温性和化学稳定性愈好。
理化性质
岩棉纤维细长,其直径为3~7μm,产品容重60 ~ 200kg/m3,安全使用温度600℃,导热系数(70℃)低于0.044瓦/(米·开),吸声系数(1000~ 4000
赫兹)为0.6 ~0.8。
岩棉具有体轻、不燃、化学稳定性好、导热系数低、吸声系数高等优势特点,作为优质绝热、吸声材料在工业热网管道、容器的绝热工程及建筑绝热吸声
装饰材料中广泛应用。岩棉制品具有优异的防火保温特性,是重要的建筑
保温材料。
生产工艺
岩棉的生产过程是模拟夏威夷火山喷发这一自然过程,岩棉产品均采用优质
玄武岩、
白云石等为主要原材料,经1450℃以上高温熔化后采用国际先进的仪器高速
离心成纤维,然后高速离心甩丝,再用
鼓风机冷却成型,同时喷吹增水剂、
粘结剂、粘合剂定型;通过摆锤法工艺,加上三维法铺棉后进行
固化、切割,形成不同规格和用途的岩棉产品。岩棉制品分为绝热材料和吸声材料两大类,前者以
酚醛树脂为黏结剂,经固化加工制成,其制品主要有毡、板、带、管、绳和粒状棉等;后者以淀粉为黏结剂制成,其制品主要是
装饰材料。
主要工艺
沉降法
沉降法工艺的主要生产流程是高温熔体经离心吹制,形成岩棉纤维,在沉降室的
输送带上堆积,达到一定厚度以后,经过加压进入固化炉,沉降室法岩棉的纤维为平面分布,密度和粘结剂的均匀性较差,影响板的抗压性能和层间结合强度。
摆锤法
摆锤法是在沉降法的基础上,通过改进收棉方法,先由捕集带收集较薄的岩棉层,经摆锤的逐层叠铺,达到一定的层数和厚度,再由加压辊进行压制,进入
固化炉固化,再经冷却、切割、包装等工序制成成品。这种方法改善了棉层及所含的粘结剂的均匀程度,并且由于棉层叠铺时产生的斜度,纤维呈部分竖向分布,因而
抗压强度和层间结合强度得到提高。
关键技术设备
1、原料上料系统:自动配料机、控制柜、上料机。
2、熔化系统:炉架、
冲天炉、熔化炉料位控制系统、
除尘器、废气燃烧炉、废气引风
管道、废气引风机、
冷却器控制柜、熔化炉冷却系统、熔化炉供风风机、熔化炉供风管路。
3、制棉系统:
高速离心机、
风机、吹棉风箱、离心机
润滑系统、
水泵及冷却系统、电控柜、
除渣机。
4、岩棉施胶系统:激光熔岩跟踪系统计量泵、喷胶头、控制柜。
5、集棉及布棉系统:集棉机及摆锤布棉机控制柜、集棉
引风机、集棉除尘器。
6、制板系统:布棉
传送机、加压打褶机、固化炉、主
动力总成、控制柜。
7、固化炉防爆系统:天然气检测系统、防爆风机、防爆
管道、
控制柜。
8、切割系统:冷却输送机、
冷却风机、纵向
切割机、横向切割机切割计量装置、控制柜、切割机动力系统。
9、切割除尘系统:
袋式除尘器、除尘管路、除尘
风机。
10、固化炉热风系统:耐热风机、燃气
热风炉、燃气烧嘴、热风管路。
11、废边回收系统:
粉碎机、碎边回收风机、碎边回收管路。
12、辅助设备:制胶设备、自动
码垛机、
包装机、分条机。
以上参考资料
用途
建筑节能
岩棉作为防火材料,大量应用于外墙外保温系统。岩棉在建筑上的应用主要有外墙外保温、防火隔离带、屋面保温等3种应用形式。中国把岩棉作为建筑
保温材料,特别是应用在对防火要求很高的公共建筑和高层建筑领域及民用建筑领域。
工业保温
岩棉也广泛应用工业保温领域,由于岩棉材料的半硬质和软质材料双重特点,
岩棉板作为半硬质材料,可做30°以内的弯曲,大型设备无论是方是圆,均可应用岩棉保温材料,也可用作小设备或大直径管道保温,既可弯曲又很平整,施工非常方便。有水冷壁管及其他温度不超过500
摄氏度的炉墙,可用岩棉毡或岩棉板代替保温砖,有效减轻大型火力发电锅炉或快装锅炉整体重量。
船舶制造
复合岩棉板舱室材料作为一种新型不燃舱室材料,在造船业得到广泛采用。
中国制造的复合岩棉板质量基本接近国际同类产品,早在20世纪90年代末,中国各大造船厂基本完成了复合岩棉板取代
硅酸钙板、国产复合岩棉板取代进口复合岩棉板的过程。岩棉良好的隔音性能,能为海上平台、各类船舶提供舒适的工作与生活空间;被广泛应用于甲板、舱壁、管道、浮动地板、天花板等。
农业应用
岩棉在农业领域的应用,是伴随无土栽培技术的不断成熟而发展起来的,
丹麦、
法国、
美国、
西班牙、
波兰和
荷兰都有厂家专门生产农用岩棉。随着中国设施农业的发展和温室设施的推广,中国也成为设施农业发展速度和现有温室面积较大的国家之一。
发展方向
中国国家政策带动国内岩棉市场需求增加,岩棉产品质量和安全性将成为岩棉行业发展的主要关键,厂商需要持续加强产品技术研发、提高产品质量同时保证产品的卫生安全性,而生产技术创新是未来行业发展的主要推动力;中国国内市场份额竞争加剧,行业领先企业需要提高市场占有率,进一步拓宽国际市场未来新的重点。