Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ПРОДУКТ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТА

Изобретение относится к теплоизоляционному продукту на основе минеральной ваты, например, стекловаты, предназначенному для использования, в частности, в составе теплоизоляционных и, возможно, звукоизоляционных продуктов, более конкретно для обшивки стен и/или кровель.

На рынке изоляции поставщики всегда стремятся предлагать все более эффективные продукты с точки зрения теплоизоляции. О тепловых характеристиках продукта обычно можно судить, зная коэффициент теплопроводности λ. Напомним, что коэффициент теплопроводности λ продукта представляет собой способность продукта пропускать поток тепла, он выражается в Вт/(м⋅К). Чем ниже теплопроводность, тем лучше изоляционная способность продукта и, следовательно, тем лучше теплоизоляция.

В настоящее время рынок занят продуктами на основе минеральных волокон из каменной ваты или стекловаты, имеющими теплопроводность в диапазоне от 0,040 до 0,035 Вт/(м⋅К), а некоторые даже имеют теплопроводность около 0,032 Вт/(м⋅К). Если не указано иное, коэффициент теплопроводности измеряют обычно при 10°C в соответствии с нормой ISO 8301.

Всегда желательно улучшить теплоизоляцию зданий. Этого улучшения обычно достигают, увеличивая толщину изоляционного продукта. Однако, чем больше толщина, тем продукт тяжелее и сложнее в манипуляциях и тем больше уменьшается объем изолируемого помещения.

Таким образом, задачей изобретения является создание теплоизоляционного продукта на основе минеральной ваты, обеспечивающего улучшенные характеристики теплоизоляции без увеличения толщины продукта.

Для решения задачи предлагается теплоизоляционный продукт на основе минеральной ваты, содержащей минеральные волокна, причем продукт имеет две главные поверхности и продольные и поперечные кромки, перпендикулярные главным поверхностям, причем продукт характеризуется следующими степенями ориентации:

- степень продольной ориентации больше или равна 48%, даже больше или равна 50%, под углом плюс или минус 6° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают только в продольном сечении, и

- средняя степень ориентации больше или равна 40%, даже больше или равна 45% под углом плюс или минус 6° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают одновременно в поперечном и продольном сечениях.

Согласно другому отличительному признаку, продукт, кроме того, характеризуется следующей степенью ориентации:

- степень продольной ориентации больше или равна 75%, даже больше или равна 80%, под углом плюс или минус 12° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают одновременно в поперечном и продольном сечениях, и

- средняя степень ориентации больше или равна 70%, даже больше или равна 72% под углом плюс или минус 12° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают одновременно в поперечном и продольном сечениях.

Согласно другому отличительному признаку, продукт, кроме того, характеризуется следующей степенью ориентации:

- степень продольной ориентации больше или равна 90% под углом плюс или минус 24° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают одновременно в поперечном и продольном сечениях, и

- средняя степень ориентации больше или равна 85% под углом плюс или минус 24° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают одновременно в поперечном и продольном сечениях.

Согласно другому отличительному признаку, показатель микронейр минеральных волокон составляет от 8 до 15 л/мин.

Согласно другому отличительному признаку, продукт имеет коэффициент теплопроводности меньше или равный 32 мВт/(м⋅К) и плотность по меньшей мере 15 кг/м³, предпочтительно от 15 до 60 кг/м³, в частности, от 15 до 27 кг/м³ и даже от 18 до 25 кг/м³.

Согласно другому отличительному признаку, продукт имеет коэффициент теплопроводности меньше или равный 29 мВт/(м⋅К) и плотность по меньшей мере 40 кг/м³, предпочтительно больше или равную 50 кг/м³, даже от 55 до 80 кг/м³, в частности, от 55 до 65 кг/м³.

Изобретение относится также к способу получения теплоизоляционного продукта на основе минеральной ваты, включающему следующие стадии:

- получение минеральных волокон путем внутреннего центрифугирования,

- прием минеральных волокон на ленту приемного конвейера, имеющую скорость V₀,

- доставка минеральных волокон на первую группу конвейеров, причем скорость V₁ последнего конвейера первой группы конвейеров составляет от 100% до 105% V₀,

- доставка минеральных волокон на вторую группу конвейеров, причем скорость V₂ последнего конвейера второй группы конвейеров составляет от 108% до 120% V₀, предпочтительно от 110% до 115% V₀.

Согласно другому отличительному признаку, все конвейеры второй группы имеют скорость выше, чем у конвейеров первой группы.

Согласно другому отличительному признаку, число конвейеров первой группы составляет от 3 до 10, предпочтительно от 4 до 8, в частности, от 5 до 7.

Согласно другому отличительному признаку, число конвейеров второй группы составляет от 2 до 5, предпочтительно 2 или 3.

Согласно другому отличительному признаку, скорость каждого конвейера первой группы увеличивается на такую же величину, что и для предыдущего конвейера.

Согласно другому отличительному признаку, скорость каждого конвейера второй группы увеличивается на такую же величину, что и для предыдущего конвейера, или скорость каждого следующего конвейера второй группы увеличивается быстрее, чем для предыдущего конвейера.

Согласно другому отличительному признаку, по меньшей мере для двух последних конвейеров минеральные волокна постепенно сжимаются, проходя между по меньшей мере двумя последними конвейерами и по меньшей мере двумя верхними устройствами увлечения.

Во всей заявке термин "среднее" означает среднее арифметическое.

Кроме того, все диапазоны значений в заявке, определенные выражением "от … до", включают границы диапазона.

Изобретение относится к теплоизоляционному продукту на основе минеральной ваты, содержащей минеральные волокна, причем продукт имеет две главные поверхности и продольные и поперечные кромки, перпендикулярные главным поверхностям, и продукт характеризуется следующими степенями ориентации:

- степень продольной ориентации больше или равна 48%, даже больше или равна 50%, под углом плюс или минус 6° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают только в продольном сечении, и

- средняя степень ориентации больше или равна 40%, даже больше или равна 45%, под углом плюс или минус 6° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают одновременно в поперечном и продольном сечениях.

Степень ориентации является характеристикой ориентации минеральных волокон в продукте, при этом продукт согласно изобретению имеет структуру с исключительной горизонтальностью минеральных волокон не только в продольном направлении, но также в среднем в двух, продольном и поперечном, направлениях. Это позволяет снизить теплопроводность продукта и, таким образом, улучшить изолирующую способность продукта без увеличения его толщины.

Определение степени ориентации осуществляется следующим образом.

Сначала из продукта отбирают несколько (в частности, по меньшей мере 6) образцов в форме параллелепипеда одинакового размера, с толщиной, равной толщине продукта. Резку проводят режущим инструментом, таким как лезвие, дающее чистый срез без захвата волокон в направлении резки, то есть не искажающий расположение волокон в продукте, имевшееся перед резкой. Каждый образец содержит две первые поверхности, называемые продольными поверхностями, которые одновременно параллельны продольным кромкам продукта и перпендикулярны главным поверхностям продукта, и две вторые поверхности, называемые поперечными поверхностями, которые перпендикулярны продольным кромкам продукта и одновременно перпендикулярны главным поверхностям продукта.

Затем, друг за другом обследуют по меньшей мере одну продольную поверхность и по меньшей мере одну поперечную поверхность каждого образца. Каждую исследуемую поверхность делят на единичные зоны малых размеров (обычно 1×1 мм²), и волокна детектируют визуально в каждой единичной зоне. Определяют главное направление всех минеральных волокон в этой единичной зоне. Для каждой единичной зоны записывают угол, образованный главным направлением совокупности минеральных волокон с главными поверхностями продукта. Этот угол называется главной ориентацией единичной зоны. Каждая поверхность имеет распределение главных ориентаций в совокупности единичных зон поверхности. Степенью ориентации в угловом секторе 0°±α называется доля единичных зон, для которых главная ориентация находится в этом угловом секторе. Для этой цели можно использовать устройство получения изображений в сочетании с программой обработки изображений, например, для осуществления обработки изображения методом фазово-контрастной визуализации.

Таким образом, для по меньшей мере одной продольной поверхности, соответственно по меньшей мере одной поперечной поверхности образца определяют степень продольной toⁱ_L(0°±α), соответственно поперечной toⁱ_T(0°±α) ориентации этой поверхности в заданном угловом секторе 0°±α. Затем рассчитывают среднее по данным для всех образцов, чтобы определить степень продольной TO_L(0°±α), соответственно поперечной TO_T(0°±α) ориентации в продукте в продольном, соответственно поперечном, сечении для того же углового сектора 0°±α. Для каждого заданного углового сектора 0°±α рассчитывают также среднее значение TO_m(0°±α) поперечной и продольной степени ориентации в продукте, причем TO_m(0°±α) равно в таком случае [TO_L(0°±α)+TO_T(0°±α)]/2.

Таким образом, если в продукте согласно изобретению плоскость главных поверхностей продукта горизонтальна, то степень продольной ориентации будет больше или равна 48%, даже больше или равна 50%, в угловых секторах 0°±6° и 180°±6° (то есть TO_L(0°±6°)≥48%, даже ≥50%), а средняя степень ориентации будет больше или равна 40%, даже больше или равна 45% в тех же угловых секторах (то есть TO_m(0°±6°)≥40%, даже ≥45%).

Аналогично, в продукте согласно изобретению, всегда, когда плоскость главных поверхностей продукта горизонтальная, степень продольной ориентации предпочтительно больше или равна 75%, даже больше или равна 80%, в угловых секторах 0°±12° и 180°±12° (то есть TO_L(0°±12°)≥75%, даже ≥80%), а средняя степень ориентации предпочтительно больше или равна 70% и даже больше или равна 72% в тех угловых секторах (то есть TO_m(0°±12°)≥70%, даже ≥72%).

Равным образом, в продукте согласно изобретению, всегда когда плоскость главных поверхностей продукта горизонтальная, степень продольной ориентации предпочтительно больше или равна 90% в угловых секторах 0°±24° и 180°±24° (то есть TO_L(0°±24°)≥90%), а средняя степень ориентации предпочтительно больше или равна 85% в тех же угловых секторах (то есть TO_m(0°±24°)≥85%).

Другими словами, горизонтальность минеральных волокон в продукте характеризуется:

- степенью продольной ориентации TO_L(0°±6°) больше или равной 48%, даже больше или равной 50%, под углом плюс или минус 6° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают только в продольном сечении, и

- средней степенью ориентации TO_m(0°±6°) больше или равной 40%, даже больше или равной 45%, под углом плюс или минус 6° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают одновременно в поперечном и продольном сечениях.

Предпочтительно, горизонтальность минеральных волокон характеризуется также:

- степенью продольной ориентации TO_L(0°±12°) больше или равной 75%, даже больше или равной 80%, под углом плюс или минус 12° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают одновременно в поперечном и продольном сечениях, и

- средней степенью ориентации TO_m(0°±12°) больше или равной 70%, даже больше или равной 72%, под углом плюс или минус 12° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают одновременно в поперечном и продольном сечениях.

Предпочтительно, горизонтальность минеральных волокон характеризуется:

- степенью продольной ориентации TO_L(0°±24°) больше или равной 90% под углом плюс или минус 24° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают одновременно в поперечном и продольном сечениях, и

- средней степенью ориентации TO_m(0°±24°) больше или равной 85% под углом плюс или минус 24° к плоскости главных поверхностей, когда минеральные волокна подсчитывают одновременно в поперечном и продольном сечениях.

Таким образом, продукт согласно изобретению содержит большое число минеральных волокон, по существу параллельных его главным поверхностям. Как будет показано позднее, благодаря этому продукт имеет улучшенные термические свойства.

В частности, изоляционный продукт согласно изобретению имеет коэффициент теплопроводности меньше или равный 32 мВт/(м⋅К) и плотность по меньшей мере 15 кг/м³, предпочтительно меньше или равную 60 кг/м³, в частности меньше или равную 27 кг/м³ и даже от 18 до 25 кг/м³, или же имеет коэффициент теплопроводности меньше или равный 29 мВт/(м⋅К) и плотность по меньшей мере 40 кг/м³, предпочтительно больше или равную 50 кг/м³ и даже от 55 до 80 кг/м³, в частности, от 50 до 65 кг/м³ и даже от 55 до 65 кг/м³.

Кроме того, минеральные волокна в продукте согласно изобретению предпочтительно имеют микронейр в интервале от 8 до 15 л/мин и даже от 8 до 12 л/мин, или же от 9 до 11 л/мин, в частности, микронейр больше или равен 10 л/мин для продукта с коэффициентом теплопроводности меньше или равным 29 мВт/(м⋅К), или же составляет от 8 до 12 л/мин для продукта с коэффициентом теплопроводности меньше или равным 32 мВт/(м⋅К).

Напомним, что тонину волокон часто определяют по значению их микронейра (F) ниже 5 г. Измерение параметра микронейр, называемого также "мерой тонины", учитывает удельную поверхность через измерение потери аэродинамического напора, когда к заданному количеству волокон, взятых из нешлихтованного минераловатного мата, прикладывают заданное давление газа, обычно воздуха или азота. Это измерение является обычным на заводах по производству минеральных волокон и реализуется в соответствии с нормой DIN 53941 или ASTM D 1448 и использует устройство, называемое "аппарат микронейр".

Однако диапазон измерений такого устройства ограничен определенной тониной волокон. Для очень тонких волокон тонину (микронейр) можно измерить в л/мин известным методом, описанным в патентной заявке WO 2003/098209. Эта заявка относится на самом деле к прибору для определения показателя тонины волокон, содержащему устройство измерения показателя тонины, причем указанное устройство измерения показателя тонины снабжено, с одной стороны, по меньшей мере одним первым отверстием, соединенным с измерительной ячейкой, предназначенной для вмещения образца, состоящего из множества волокон, а с другой стороны, вторым отверстием, соединенным с устройством измерения перепада давлений между одной и другой поверхностью указанного образца, причем указанное устройство измерения перепада давления предназначено для соединения с устройством создания потока жидкости, причем прибор отличается тем, что устройство измерения показателя тонины содержит по меньшей мере один объемный расходомер жидкости, проходящей через указанную ячейку. Это устройство устанавливает соответствие между параметром микронейр и литрами в минуту (л/мин).

Для сведения, согласно документу WO 2003/098209 можно отметить взаимосвязь между параметром микронейр и величиной среднего диаметра образца волокон. Вообще говоря, микронейр примерно 12 л/мин соответствует среднему диаметру 2,5-3 мкм, величина 13,5 л/мин по существу соответствует среднему диаметру 3-3,5 мкм, и, наконец, 18 л/мин соответствует примерно 4-5 мкм.

Ниже приводятся примеры осуществления изобретения.

Далее будет описан способ получения изоляционного продукта согласно изобретению.

Минеральную вату получают способом внутреннего центрифугирования из расплава минерального материала. Один пример способа внутреннего центрифугирования описывается ниже.

Нить расплавленного стекла вводят в центрифугу, называемую также прядильным барабаном, вращающуюся с большой скоростью и имеющую на своей боковой поверхности огромное число отверстий, через которые стекло выбрасывается в виде филаментов вод действием центробежной силы. Затем эти филаменты подвергаются действию вытягивающего газового потока, создаваемого кольцевой горелкой, имеющего высокую температуру и высокую скорость. Вытягивающий газовый поток, следуя вдоль стенок центрифуги, утончает филаменты и превращает их в волокна. Образованные волокна увлекаются потоком вытягивающего газа к приемному конвейеру, обычно состоящему из газопроницаемой ленты, соединенной с всасывающими механизмами. Связующее, необходимое для связывания волокон друг с другом с получением ворсистого продукта, напыляют на волокна, когда они вытягиваются к приемному конвейеру. Накопление волокон на приемном конвейере под действием всасывания дает слой волокон, толщину которого можно менять в зависимости от конечного продукта, который хотят получить.

Приемный конвейер движется со скоростью V₀. Затем минеральные волокна проводятся в печь, чтобы полимеризовать связующее, на конвейерах, расположенных между приемным конвейером и печью. В соответствии со способом по изобретению, конвейеры разделены на две группы: первая группа на выходе приемного конвейера, за которой следует вторая группа, расположенная между первой группой и печью.

Первая группа конвейеров содержит от 3 до 10 конвейеров, предпочтительно от 4 до 8 конвейеров, в частности, от 5 до 7 конвейеров. Скорость каждого конвейера первой группы может быть равна скорости приемного конвейера. Скорость V₁ последнего конвейера первой группы конвейеров больше или равна 100% от V₀. Как вариант, чтобы обеспечить достаточное натяжение конвейерных лент, скорость каждого конвейера первой группы может постепенно увеличиваться от одного конвейера к следующему. Предпочтительно, скорость каждого конвейера первой группы увеличивается на такую же величину, что и для предыдущего конвейера. Так, например, первый конвейер имеет скорость 101% V₀, второй конвейер имеет скорость 102% V₀, третий конвейер имеет скорость 103% V₀ и т.д. В этом случае увеличение составляет 101% V₀ для каждого конвейера. Однако скорость V₁ последнего конвейера первой группы конвейеров не превышает 105% V₀. Допустимы любые варианты между этими двумя предельными значениями, но скорость V₁ последнего конвейера первой группы конвейеров составляет от 100% до 105% от V₀.

Вторая группа конвейеров содержит от 2 до 5 конвейеров, предпочтительно 2 или 3 конвейера. Скорость V₂ последнего конвейера второй группы конвейеров составляет от 108% до 120% V₀, предпочтительно от 110% до 115% V₀. Скорость каждого конвейера второй группы предпочтительно увеличивается от конвейера к конвейеру. Предпочтительно, все конвейеры второй группы имеют более высокую скорость, чем конвейеры первой группы. Предпочтительно, скорость каждого конвейера второй группы увеличивается на такую же величину, что и для предыдущего конвейера, или скорость каждого следующего конвейера второй группы увеличивается быстрее, чем для предыдущего конвейера.

Кроме того, по меньшей мере для двух последних конвейеров минеральные волокна постепенно сжимаются, проходя между по меньшей мере двумя последними конвейерами и по меньшей мере двумя верхними устройствами увлечения, причем верхние устройства увлечения увлекают минеральные волокна с той же скоростью, что и конвейеры, находящиеся ниже. По меньшей мере одна пара конвейер/верхнее устройство увлечения может быть симметричной относительно горизонтали. Это постепенное сжатие может быть инициировано, начиная с первой группы конвейеров. Постепенное сжатие может происходить ступенчато путем последовательных этапов сжатия, а затем увлечения при сохранении степени сжатия между двумя последовательными сжатиями.

Верхние устройства увлечения и конвейеры первой и второй групп могут быть устройствами любого типа, например, лентой, полосой или валиками.

Наличие второй группы конвейеров, движущихся со скоростью больше или равной 108% от V₀, позволяет иметь более горизонтальные волокна во всех направлениях продукта, в частности, в продольном направлении, и, таким образом, позволяет улучшить тепловые свойства продукта.

Два примера продукта согласно изобретению были осуществлены способом внутреннего центрифугирования, получая минеральные волокна с показателем микронейр 10 л/мин.

Для получения первого примера все конвейеры первой группы двигались с той же скоростью, что и приемный конвейер. Во второй группе конвейеров две ленты конвейера поступательно двигались вперед со скоростью 103% V₀ и 110% V₀, соответственно, то есть увеличение скорости было неравномерным. Полученный продукт имел толщину 100 мм, плотность 20 кг/м³ и коэффициент теплопроводности 31,77 мВт/(м⋅К). Полученный продукт имел степень продольной ориентации TO_L(0°±6°) 53% под углом плюс или минус 6° к плоскости главных поверхностей продукта, когда минеральные волокна подсчитывают только в продольном сечении. Средняя степень ориентации TO_m(0°±6°) полученного продукта составляет 46% под углом плюс или минус 6° к плоскости главных поверхностей продукта, когда минеральные волокна подсчитывают одновременно в поперечном и продольном сечениях.

Для осуществления второго примера ленты пяти конвейеров первой группы двигались, соответственно, поступательно вперед со скоростью 101% V₀, 102% V₀, 103% V₀, 104% V₀ и 105% V₀. Во второй группе конвейеров оба конвейера двигали вперед поступательно со скоростью 105% V₀ и 110% V₀, соответственно, то есть увеличение скорости было равномерным. Полученный продукт имеет толщину 60 мм, плотность 55 кг/м³ и коэффициент теплопроводности 28,95 мВт/(м⋅К). Полученный продукт имеет степень продольной ориентации TO_L(0°±6°) 50% под углом плюс или минус 6° к плоскости главных поверхностей продукта, когда минеральные волокна подсчитывают только в продольном сечении. Средняя степень ориентации TO_m(0°±6°) полученного продукта равна 45% под углом плюс или минус 6° к плоскости главных поверхностей продукта, когда минеральные волокна подсчитывают одновременно в поперечном и продольном сечениях.

Способ позволил также получить продукты с коэффициентом теплопроводности меньше или равным 32 мВт/(м⋅К) с волокнами, показатель микронейр которых составляет, в частности, от 8 до 11 л/мин, при существенном выигрыше в весе по сравнению с классическим продуктом.

Таким образом, благодаря способу по изобретению удалось получить продукты с улучшенной теплопроводностью при разумной толщине.