Главная → Статьи

Строение и свойства теплоизоляционных материалов

Строение теплоизоляционных материалов. Пористость. Основной признак теплоизоляционных материалов — высокое содержание воздуха в объеме материала. Причина этого в следующем. Газы по сравнению с жидкостями и твердыми телами обладают чрезвычайно низкой теплопроводностью (объясняется это удаленностью молекул газов друг от друга, что затрудняет передачу ими тепловой энергии). Так, теплопроводность воздуха при О °С X = 0,024 Вт/(м -К). Эта цифра справедлива для переноса тепла воздухом в спокойном состоянии. Движение воздуха (в частности, конвекция) способствует намного более интенсивному теплообмену, поэтому теплоизоляционный материал должен состоять в основном из воздуха, лишенного способности перемещаться.

Это возможно, когда материал имеет следующее строение: – мелкопористое ячеистое (как пена); – волокнистое (как вата); – зернистое (воздух находится в межзерновом пространстве); – пластинчатое (воздушные прослойки заключены между листками материала).

Наибольшее содержание воздуха, т. е. максимальная пористость, возможна у первых двух типов материалов. У материала ячеистого строения (например, пенопласта) пористость может достигать 95…98%, а у волокнистых материалов (например, минеральной ваты) — 90…95%. Возможны материалы со структурой смешанного типа. Например, у керамзита два типа воздушных пустот: межзерновая пустотность — 45…50% и пористость самих зерен — 65…70%, что в общем обеспечивает содержание воздуха в материале — 75…80%.

Строение вещества твердого каркаса материала также влияет на его теплопроводность. Если вещество имеет кристаллическое строение, то его атомы расположены в правильном порядке; это предопределяет его высокую теплопроводность. Вещества, имеющие стеклообразное строение, не имеют такого порядка в расположении атомов. Поэтому вещество в стеклообразном состоянии имеет в несколько раз меньшую теплопроводность, чем то же вещество в кристаллическом (например, кристалл кварца имеете = 7,2 (13,6) Вт/(м * К) (в зависимости от направления), а кварцевое стекло — около 0,34 Вт/(м * К).

У большинства неорганических теплоизоляционных материалов вещество, образующее каркас, имеет стеклообразное строение (минеральная вата, пеностекло и др.).

Существенно влияет на теплопроводность и однородность строения материала. Так, песчаник, состоящий из отдельных кристаллов кварца (песчинок), скрепленных природным цементом, имеет X = = 2…3 Вт/(м * К), т. е. в 3…4 раза ниже отдельного кристалла кварца.

Средняя плотность материала зависит в основном от его пористости. В то же время пористость является главным фактором, от которого зависит теплопроводность материала. Поэтому в определенных пределах с достаточной степенью точности связь между плотностью и теплопроводностью можно считать линейной.

Чем ниже средняя плотность материала, тем больше в нем пор и тем ниже его теплопроводность. Поэтому для характеристики теплопроводности (X) материала можно использовать его среднюю плотность рт.

О целесообразности маркировки теплоизоляционных материалов по плотности говорит простота расчета плотности по сравнению с определением теплопроводности. Установлены следующие марки теплоизоляционных материалов по плотности (кг/м ): D15, D25, D35, D50, D75, D100, D125, D150, D200, D250, D300, D350, D400, D500, D600.

Влажность оказывает существенное влияние на теплопроводность материалов, так как у воды, замещающей воздух в порах материала, А, = 0,58 Вт/(м -К), что в 25 раз выше, чем у воздуха. При замерзании воды теплопроводность материала еще возрастает, так как у льда, имеющего кристаллическое строение, X = 2,32 Вт/(м К). Поэтому желательно, чтобы теплоизоляционные материалы в минимальной степени поглощали влагу и при эксплуатации находились в сухом состоянии. Пути достижения этого — закрытая пористость, гидрофобность материала и конструктивные меры, обеспечивающие сухое состояние теплоизоляции. Гигроскопичные материалы нежелательны для теплоизоляции.

Газо и паропроницаемость материала важна при использовании его в ограждающих конструкциях. При низкой паропроницаемости теплоизолирующего материала возможно накопление влаги в месте его контакта с другим материалом, что может привести к развитию негативных процессов в этом месте конструкции вплоть до ее разрушения.

Химическая и биологическая стойкость. Высокопористое строение и большая удельная поверхность теплоизоляционных материалов делают их уязвимыми для действия химически агрессивных веществ. Органические материалы природного происхождения при повышении влажности легко загнивают. Многие теплоизоляционные материалы повреждаются грызунами.

Прочность большинства теплоизоляционных материалов при сжатии сравнительно не велика — 0,2…2,5 МПа. Показателем стабильности качества материала является напряжение при 10%-й деформации сжатия, так как уплотнение материала повышает его теплопроводность.

Материалы, имеющие предел прочности при сжатии > 2,5 МПа, могут применяться самостоятельно (как самонесущие) для ограждающих конструкций. Менее прочные используют при условии закрепления на несущем материале или для заполнения пустот в нем. Прочность теплоизоляционного материала должна быть такова, чтобы обеспечивалась его сохранность при перевозке, складировании, монтаже и, конечно, в эксплуатационных условиях.

Ваш отзыв