Bông thủy tinh là gì? Glasswool — thành phần, cấu trúc và tính chất cơ bản

Bông thủy tinh (tên kỹ thuật: glasswool, glass mineral wool) là vật liệu cách nhiệt và cách âm được sản xuất từ các sợi thủy tinh vô cơ đường kính 3–15 micromet, liên kết với nhau bằng chất kết dính gốc nhựa phenolic resin. Đây là vật liệu cách nhiệt phổ biến nhất trong xây dựng dân dụng toàn cầu, với hệ số dẫn nhiệt λ = 0,030–0,044 W/(m·K) tùy mật độ sản phẩm.

Thành phần nguyên liệu và quá trình sản xuất

Nguyên liệu chính là thủy tinh nấu chảy từ hỗn hợp cát thạch anh (SiO₂ 60–70%), đá vôi, đôlômit, soda và một số phụ gia điều chỉnh độ nhớt. Hỗn hợp nấu chảy ở 1.200–1.400°C, sau đó kéo thành sợi bằng phương pháp quay ly tâm (centrifugal spinning) hoặc thổi hơi nước áp suất cao qua khuôn đùn. Sợi thủy tinh tạo thành có đường kính 3–15 µm — nhỏ hơn đường kính tóc người (70 µm) khoảng 5–20 lần. Sau khi tạo sợi, chất kết dính phenolic resin (hàm lượng ≤ 5% khối lượng) được phun đều lên lớp sợi để liên kết chúng lại; sản phẩm sau đó đi qua lò sấy để cứng hóa resin ở 180–220°C.

Cấu trúc vi thể và cơ chế cách nhiệt

Bông thủy tinh là vật liệu xốp tế bào hở (open-cell): không gian giữa các sợi chứa đầy không khí tĩnh. Cách nhiệt hoạt động nhờ bốn cơ chế: (1) dẫn nhiệt qua chất khí trong lỗ xốp giảm nhờ không khí đứng yên (λ_khí = 0,025 W/(m·K)); (2) dẫn nhiệt qua sợi rắn nhỏ và ít; (3) đối lưu bị triệt tiêu vì lỗ xốp nhỏ; (4) bức xạ hồng ngoại bị tán xạ bởi lưới sợi dày đặc. Khi mật độ quá thấp ( 48–96 kg/m³), dẫn nhiệt qua sợi tăng làm tăng λ trở lại. Điểm tối ưu λ thường ở mật độ 16–32 kg/m³ tùy dạng sản phẩm.

Phân loại sản phẩm glasswool theo hình thức

Thông số kỹ thuật cốt lõi

Hệ số dẫn nhiệt λ: 0,030–0,044 W/(m·K) tùy mật độ và nhiệt độ đo. Sản phẩm cuộn mật độ thấp thường có λ = 0,040–0,044; tấm cứng mật độ cao có λ = 0,032–0,036. Cấp cháy: A2-s1,d0 theo EN 13501-1 châu Âu (không cháy, khói rất thấp, không nhỏ giọt) — tốt hơn đáng kể so với xốp EPS/XPS/PU. Tại Việt Nam phân loại là vật liệu khó cháy cấp A theo TCVN 8715. Nhiệt độ sử dụng: tối đa 230–450°C tùy loại binder; sợi thủy tinh tự thân chịu được đến >700°C nhưng binder phenolic bị phân hủy ở nhiệt độ cao hơn 230°C. pH bề mặt sợi: trung tính đến kiềm nhẹ (pH 7–9), không ăn mòn thép thông thường.

Ảnh hưởng của độ ẩm đến glasswool

Glasswool không hút ẩm theo nghĩa hút nước vào sợi (sợi thủy tinh vô cơ không hút ẩm). Tuy nhiên, hơi nước ngưng tụ trong các khe sợi khi đạt điểm sương, làm không khí trong lỗ xốp bị thay thế bởi nước — nước dẫn nhiệt tốt hơn không khí 25 lần, khiến λ_thực_tế tăng đáng kể. Do đó, glasswool luôn cần màng chắn hơi (vapor barrier) ở phía nóng ẩm và lớp chống thấm hoặc bọc bạc nhôm khi dùng trong môi trường ẩm. Glasswool bị ướt hoàn toàn khi ngâm trong nước sẽ mất gần hết khả năng cách nhiệt và cần sấy khô hoàn toàn để phục hồi (nếu binder chưa bị phân hủy).

Độ bền cơ học và tuổi thọ

Glasswool tấm cứng mật độ cao (≥ 48 kg/m³) có độ bền nén 10–30 kPa ở 10% biến dạng — không đủ để làm lớp chịu tải trực tiếp nhưng đủ để lắp đặt và đi bộ trên mái có tấm bảo vệ. Tuổi thọ của glasswool được bảo vệ đúng cách (không bị ướt, không tiếp xúc UV, không bị nén) có thể lên tới 30–50 năm. Sợi thủy tinh bản thân không phân hủy sinh học; binder phenolic có thể bị oxy hóa chậm sau nhiều thập kỷ nhưng không ảnh hưởng đáng kể đến tính năng cách nhiệt trong điều kiện bình thường.

Phân biệt glasswool với rockwool (bông khoáng)

Glasswool làm từ thủy tinh (silica-based); rockwool làm từ đá bazan/đá xỉ (basalt/slag-based). Cả hai thuộc nhóm “bông khoáng” (mineral wool) nhưng có điểm nóng chảy sợi khác nhau: glasswool ~700°C, rockwool >1.000°C. Rockwool được xếp loại A1 (không cháy tuyệt đối), glasswool A2 (thực tế cũng không cháy nhưng xếp nhóm thấp hơn). Về cách nhiệt, hai loại có λ tương đương; về cách âm, rockwool mật độ cao hơn (≥ 40 kg/m³) có hiệu quả tốt hơn glasswool cùng độ dày. Glasswool nhẹ hơn (8–24 kg/m³ dạng cuộn vs rockwool 30–80 kg/m³), dễ cắt và lắp đặt hơn, nhưng dễ bị nén và mất hình dạng hơn rockwool.