L ời cam đoan
1.2.2.5. Xơ khoáng cách nhiệt –rockwool
a. Khái quát về xơ khoáng – rockwool:
Xơ khoáng/ rockwool (còn gọi là bông khoáng, hay len đá) là loại vật liệu dạng xơ được nấu chảy và kéo thành xơ từ các khoáng (tương tự như sản xuất xơ thủy tinh).
Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 21 Khóa 2012B
Về mặt lý thuyết, xơ khoáng được hình thành bằng cách nung chảy hỗn hợp nguyên liệu thành dạng dung nham (ở nhiệt độ khoảng 1500oC) sau đó được tạo thành sợi bằng phương pháp thổi (thổi ngang hoặc thổi dọc khuôn kéo), phương pháp quay ly tâm (thường gồm 4 trục ly tâm có đường kính và tốc độ quay khác nhau) hoặc kết hợp cả phương pháp quay ly tâm và phương pháp thổi. Các chất kết dính và các phụ gia khác được thêm vào trong quá trình tạo xơ để vật liệu được ổn định và không thấm nước. Sau đó xơ khoáng được nung nóng ở nhiệt độ 200 ÷ 250oC để chất kết dính bám chặt và liên kết các xơ với nhau [7].
Xơ khoáng được sản xuất chủ yếu từ các loại đá – một nguồn tài nguyên rất phong phú trong tự nhiên. Quá trình sản xuất xơ khoáng được kiểm soát một cách cẩn thận để đảm bảo các bức xạ điện từ nằm trong một giới hạn cụ thể. Nguồn năng lượng để sản xuất xơ khoáng là nhỏ nhất so với bất kỳ loại vật liệu cách nhiệt nào được sản xuất thương mại [33]. Trong quá trình sử dụng, vật liệu cách nhiệt từ xơ khoáng giúp tiết kiệm năng lượng và góp phần bảo vệ môi trường. Ví dụ như việc sử dụng xơ khoáng để cách nhiệt cho các kết cấu bao che cho phép giảm lượng nhiệt để sưởi ấm vào mùa lạnh và tiết kiệm năng lượng làm mát về mùa nóng. Cuối vòng đời sử dụng, các sản phẩm cách nhiệt từ xơ khoáng có thể được tái chế. Theo các quy định về bảo vệ môi trường năm 2003 liên quan đến việc kiểm soát các chất làm suy yếu tầng ô-zôn
của hội đồng châu Âu, các chất khí chứa trong các lỗ rỗng của vật liệu cách nhiệt từ xơ khoáng không có khả năng phá hủy tầng ô-zôn cũng không có khả năng gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu [28].
Vào tháng 10 năm 2001, cơ quan quốc tế nghiên cứu về ung thư (IARC – một phần của tổ chức y tế thế giới) đã đánh giá lại việc phân loại xơ khoáng và loại chúng khỏi danh sách các chất có thể gây ung thư (xơ khoáng đang thuộc nhóm 3 – không
được phân loại là chất gây ung thư cho người). Việc phân loại này dựa trên các dữ liệu mới từ việc nghiên cứu dịch tễ học cho thấy không có bằng chứng về việc gia tăng nguy cơ ung thư đối với những nghề nghiệp có tiếp xúc với xơ khoáng. Hơn nữa khi nghiên cứu ở chuột, hít phải xơ khoáng trong một thời gian dài không có nguy cơ gây
Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 22 Khóa 2012B
khối u vượt mức bình thường. Điều này chứng minh rằng các sản phẩm từ xơ khoáng là an toàn khi xử lý [28]. Tuy nhiên trong một số trường hợp, các sợi thô từ xơ khoáng có thể gây ngứa tạm thời trên da, đặc biệt khi tiếp xúc với lượng bụi xơ khoáng ở mức cao (thường là trong quá trình tháo dỡ hay lắp đặt) có thể gây khó chịu ở mũi, họng và đường hô hấp. Do đó cần có biện pháp bảovệ khi tiếp xúc với bụi này trong quá trình xử lý và thi công.
Xơ khoáng là sản phẩm cách nhiệt cho các công trình xây dựng xanh và có thể nói các sản phẩm cách nhiệt từ xơ khoáng - rockwool là một giải pháp cách nhiệt bền vững [28].
b. Một số dạng sản phẩm cách nhiệt phổ biến từ xơ khoáng:
Hiện nay xơ khoáng đang chiếm vị trí hàng đầu trong số những vật liệu cách nhiệt vô cơ vì nó được sản xuất bằng nguồn nguyên liệu dồi dào, sản xuất đơn giản, độ hút ẩm nhỏ và giá thành tương đối thấp. Nhưng việc sử dụng xơkhoáng để tơi cũng có những khó khăn do các nhược điểm của vật liệu này là khi chuyên chở và bảo quản xơ dễ bị lèn chặt và vón cục, một số bị gãy và biến thành bụi; trong kết cấu phải có phương tiện bảo vệ để tránh sự lèn ép cơ học; chi phí lao động lớn khi lắp đặt.
Để khắc phục nhược điểm xơ khoáng rời, người ta đã chế tạo các sản phẩm như tấm xơ cách nhiệt, các sản phẩm cách nhiệt dạng cuộn, ống trụ, bán trụ và các sản phẩm khác [45].
Tấm xơ cách nhiệt: là loại sản phẩm cách nhiệt được sản xuất trên cơ sở xơ khoáng. Tấm xơ cách nhiệt gồm có một số loại sau đây:
Tấm xơ khoáng liên kết bằng chất kết dính hữu cơ: các xơ sau khi được tạo nên từ dung dịch nóng chảy sẽ được phun chất kết dính hữu cơ, được trải thành từng lớp đến khối lượng thể tích xác định, sau đó được ép, gia nhiệt và được cắt thành các tấm có kích thược xác định tùy theo mục đích sử dụng.
Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 23 Khóa 2012B
Tấm xơ khâu:dùng để bảo vệ nhiệt cho các kết cấu bao che của nhà, các thiết bị công nghiệp và đường ống dẫn có nhiệt độ nhỏ hơn 400oC. Loại tấm xơ này được sản xuất bằng cách dùng dây kim loại hoặc chỉ đặc biệt để khâu các tấm xơ khoáng đã được ép có chiều dày thích hợp, sau đó cắt thành từng tấm có kích thước định trước. Kích thước của tấm xơ thường là dài 2000 mm, rộng 900 ÷ 1300 mm và dày 60 mm, khối lượng thể tích
là 150 kg/m3và độ dẫn nhiệt λ = 0,04 kcal/m.oC.h.
Tấm xơ khâu trên lưới kim loại: được sản xuất từ tấm xơ khoáng và khâu trên lưới kim loại. Tấm xơ có kích thước 3000 × 500 × 50 (mm) và 5000 × 1000 × 100 (mm), khối lượng thể tích là 100 kg/m3, ở nhiệt độ
100oC hệ số dẫn nhiệt λ = 0,043 kcal/m.oC.h. Tấm xơ này dùng để cách nhiệt ở nhiệt độ thấp hơn 600oC.
Tấm xơ khâu bằng sợi thủy tinh: thường dùng để bảo vệ những bề mặt có nhiệt độ 400oC. Thành phần của tấm xơ loại này là xơ khoáng tẩm dầu rồi khâu bằng sợi thủy tinh đã được xử lý trong dung dịch xà phòng. Tấm xơ khâu bằng sợi thủy tinh thường được sản xuất với khối lượng thể tích
Vo = 125 ÷ 175 kg/m3, kích thước 2000 × 500 × 40 (mm), ở nhiệt độ 25
± 5oC hệ số dẫn nhiệt λ = 0,038 kcal/m.oC.h.
Các sản phẩm cách nhiệt dạng cuộn, ống hình trụ, bán trụ: được chế tạo trên cơ sở xơ khoáng và các chất kết dính hữu cơ. Chất kết dính hữu cơ tổng hợp thường dùng là fenolfomandehit và cacbamit fomandehit. Ở 25 ± 5oC hệ số dẫn nhiệt λkhông lớn hơn 0,039 kcal/m.oC.h.
Trong các dạng vật liệu cách nhiệt từ xơ khoáng kể trên thì các sản phẩm cách nhiệt dạng tấm liên kết bằng chất kết dính hữu cơ là loại đang được sử dụng rất phổ biến cho các ứng dụng cách nhiệt trong lĩnh vực xây dựng. Các sản phẩm dạng tấm tuy được nhập khẩu từ nhiều quốc gia khác nhau như Trung Quốc, Thái Lan, Indonesia,
Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 24 Khóa 2012B
Malaysia, … nhưng chúng đều có thông số kích thước sản phẩm giống nhau và khối lượng thể tích tương đương nhau. Cụ thể:
• Kích thước của các tấm vật liệu: (dài x rộng) = (1200mm x 600mm)
• Độ dày của các tấm: 25, 50, 100 mm
• Khối lượng thể tích: 40, 60, 80, 100, 120 kg/m3
Hình 1.5: Sản phẩm cách nhiệt từ xơ khoáng
c. Thành phần hóa học và tính chất của xơ khoáng – rockwool:
Thành phần hóa học:
Vì nguyên liệu chính thường dùng để sản xuất xơ khoáng - rockwool là các loại đá có sẵn trong tự nhiên nên thành phần hóa học của xơ khoáng cũng rất phong phú và đa dạng tùy thuộc vào loại đá và điều kiện địa chất khu vực mà nguyên liệu hình thành. Ví dụ tấm xơ khoáng - rockwool (ký hiệu MG Board 040) thuộc nhãn hiệu Tombo từ nhà cung cấp Nichias (Indonesia) có thành phần hóa học chính như sau:
Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 25 Khóa 2012B
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của tấm xơ khoáng (MG Board 040) [14] Chất hóa học Hàm lượng (%) SiO2 35 ÷ 45 Al2O3 10 ÷ 20 CaO 30 ÷ 35 MgO 5 ÷ 10 Fe2O3 0 ÷ 7 Các chất khác 0 ÷ 3
Tính chất của xơ khoáng – rockwool [7]:
– Tùy thuộc vào phương pháp sản xuất, sợi xơ khoáng thường có chiều dài từ 2 đến 30mm và đường kính từ 5 đến 15μm (xơ khoáng của nhà cung cấp Nichias
(Indonesia) có đường kính 4,5 ÷ 5μm, [14]). Trong thành phần của vật liệu từ xơ khoáng chứa đến 80 ÷ 90% sợi mảnh có đường kính 7μm.
– Các sản phẩm cách nhiệt từ xơ khoáng là vật liệu xốp, hợp thành từ các sợi mảnh có cấu trúc thủy tinh, có màu trắng, xám sáng, màu xanh nhạt hay màu nâu sẫm.
– Các sản phẩm cách nhiệt từ xơ khoáng có khả năng cách nhiệt tốt vì chứa một lượng lỗ rỗng lớn. Độ rỗng của nó có thể đạt 95 – 96%.
– Thể tích và kích thước lỗ rỗng của sản phẩm cách nhiệt từ xơ khoáng phụ thuộc vào mứcđộ lèn chặt và đường kính của sợi dao động từ 1 ÷ 10μm.
Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 26 Khóa 2012B
– Các tạp chất trong các sản phẩm cách nhiệt từ xơ khoáng làm tăng độ dẫn nhiệt của nó.
– Độ hút nước của các sản phẩm cách nhiệt từ xơ khoáng khi nhúng ngập trong nước có thể đạt đến 600%.
– Độ hút ẩm dao động trong khoảng từ 0,2 ÷ 2% và phụ thuộc vào điều kiện sử dụng.
– Các sản phẩm cách nhiệt từ xơ khoáng là môi trường không thuận lợi cho nấm mốc phát triển.
– Khi tăng tính axit của xơ khoáng, độ bền chống nấm mốc cũng tăng.
– Nhiệt độ kết khối của xơ khoáng từ 700 ÷ 800oC, do đó các sản phẩm cách nhiệt từ xơ khoáng sử dụng tới hạn tương ứng là 600 ÷ 700oC.
– Hệ số dẫn nhiệt của ác sản phẩm cách nhiệt từ xơ khoáng phụ thuộc vào đường kính sợi, khối lượng thể tích cũng như hàm lượng tạp chất.
– Khi bị ẩm độ dẫn nhiệt của các sản phẩm cách nhiệt từ xơ khoáng tăng. Do vậy cần giữ cho các vật liệu này không bị ẩm.
– Xơ khoáng thường có khả năng chịu nhiệt cao hơn xơ thủy tinh vì vậy chúng có thể sử dụng ở điều kiện nhiệt độ cao.
– Chiều dài sợi xơ khoáng ngắn hơn sợi xơ thủy tinh và chúng có hàm lượng các chất “không sợi” lớn hơn
Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 27 Khóa 2012B
Hình 1.6: Sơ đồ dây chuyền sản xuất vật liệu cách nhiệt từ xơ khoáng [44]
– Hỗn hợp nguyên liệu được đưa vào một lò cao và được nung nóng ở nhiệt độ nhất định cho hỗn hợp tan chảy hoàn toàn và có dạng như dung nham.
– Chất nung chảy sau khi ra khỏi thiết bị nung sẽ đi vào bộ kéo sợi ly tâm để tạo sợi. Sợi vừa hình thành được quạt hút hút vào buồng lắng sợi. Tại đây sợi sẽ lắng xuống bề mặt băng tải dưới. Chất kết dính, chất chống thấm nước, … được thêm vào tại đây.
– Một con lắc phân phối các xơ để hình thành màng xơ gồm nhiều lớp xơ có độ định hướng khác nhau. Sau đó màng xơ tiếp tục được nén bổ sung khi đi qua bộ phận ép màng xơ để tạo tạo thành tấm phẳng.
– Tấm xơ được hình thành tiếp tục đi vào lò sấy để chất kết dính đông lại liên kết chặt với các xơ tạo thành tấm vật liệu như yêu cầu
– Tấm xơ đi qua hệ thống máy cắt có công suất và độ chính xác cao để tạo thành các tấm vật liệu có kích thước phù hợp với yêu cầu.
Nguyễn Ngọc Xuân Hoa 28 Khóa 2012B
e. Ứng dụng của sản phẩm cách nhiệt từ xơ khoáng [42]:
– Tấm xơ khoáng - rockwool được sử dụng cho cách nhiệt, cách âm cho các tòa
cao ốc, xưởng phim, rạp hát, vũ trường, phòng karaoke...
– Ống cách nhiệt từ xơ khoáng được dùng bảo ôn chống nóng, tiêu âm cho hệ thống trung tâm các nhà ga, trường học, bệnh viện, …
– Cuộn cách nhiệt từ xơ khoáng được dùng chống nóng hệ thống lò nung, lò hơi; cách âm giảm ồn cho cách hệ thống máy nổ phát điện trong khu công nghiệp… – Và đặc biệt được ứng dụng trong công nghệ đóng tàu.