Реферат: Теплоизоляционные материалы
Виды и свойства теплоизоляционных материалов.
Теплоизоляционныминазывают материалы, применяемые в строительстве жилых и промышленных зданий,тепловых агрегатов и трубопроводов с целью уменьшить тепловые потери в окружающуюсреду. Теплоизоляционные материалы характеризуются пористым строением и,как следствие этого, малой плотностью (не более 600 кг/м3) и низкойтеплопроводностью (не более 0,18 Вт/(м*°С).
Использованиетеплоизоляционных материалов позволяет уменьшить толщину и массу стен и другихограждающих конструкций, снизить расход основных конструктивных материалов,уменьшить транспортные расходы и соответственно снизить стоимостьстроительства. Наряду с этим при сокращении потерь тепла отапливаемыми зданиямиуменьшается расход топлива. Многие теплоизоляционные материалы вследствиевысокой пористости обладают способностью поглощать звуки, что позволяетупотреблять их также в качестве акустических материалов для борьбы с шумом.
Теплоизоляционные материалы классифицируют по виду основного сырья, форме и внешнему виду, структуре,плотности, жесткости и теплопроводности.
Теплоизоляционные материалыпо виду основного сырья подразделяются на неорганические, изготовляемые наоснове различных видов минерального сырья (горных пород, шлаков, стекла,асбеста), органические, сырьем для производства которых служат природныеорганические материалы (торфяные, древесноволокнистые) и материалы изпластических масс.
По форме и внешнему видуразличают теплоизоляционные материалы штучные жесткие (плиты, скорлупы,сегменты, кирпичи, цилиндры) и гибкие (маты, шнуры, жгуты), рыхлые и сыпучие(вата, перлитовый песок, вермикулит).
По структуретеплоизоляционные материалы классифицируют на волокнистые ( минераловатные,стекло — волокнистые), зернистые (перлитовые, вермикулитовые), ячеистые(изделия из ячеистых бетонов, пеностекло).
По плотноститеплоизоляционные материалы делят на марки: 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150,175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600.
В зависимости отжесткости (относительной деформации) выделяют материалы мягкие (М) — минеральная и стеклянная вата, вата из каолинового и базальтового волокна,полужесткие (П) — плиты из шпательного стекловолокна на синтетическомсвязующем и др., жесткие (Ж) -плиты из минеральной ваты на синтетическомсвязующем, повышенной жесткости (ПЖ), твердые (Т).
По теплопроводноститеплоизоляционные материалы разделяются на классы: А — низкой теплопроводностидо 0,06 Вт/(м-°С), Б — средней теплопроводности — от 006 до 0,115 Вт/(м-°С), В- повышенной теплопроводности -от 0,115 до 0,175 Вт/(м.°С).
По назначениютеплоизоляционные материалы бывают теплоизоляционно-строительные (для утеплениястроительных конструкций) и теплоизоляционно-монтажные (для тепловой изоляциипромышленного оборудования и трубопроводов).
Теплоизоляционныематериалы должны быть биостойкими т. е. не подвергаться загниванию ипорче насекомыми и грызунами, сухими, с малой гигроскопичностью так как приувлажнении их теплопроводность значительно повышается, химически стойкими, атакже обладать тепло и огнестойкостью.
Органические теплоизоляционные материалы.
Органическиетеплоизоляционные материалы в зависимости от природы исходного сырья можноусловно разделить на два вида: материалы на основе природного органическогосырья (древесина, отходы деревообработки, торф, однолетние растения, шерстьживотных и т. д.), материалы на основе синтетических смол, так называемыетеплоизоляционные пластмассы.
Теплоизоляционныематериалы из органического сырья могут быть жесткими и гибкими. К жесткимотносят древесносткужечные, древесноволокнистые, фибролитовые, арболитовые,камышитовые и торфяные, к гибким — строительный войлок и гофрированный картон.Эти теплоизоляционные материалы отличаются низкой водо — и биостойкостью.
Древесноволокнистыетеплоизоляционные плиты получают изотходов древесины, а также из различных сельскохозяйственных отходов (солома,камыш, костра, стебли кукурузы и др.). Процесс изготовления плит состоит изследующих основных операций: дробление и размол древесного сырья, пропиткаволокнистой массы связующим, формование, сушка и обрезка плит.
Древесноволокнистые плиты выпускают длиной 1200-2700,шириной 1200-1700 и толщиной 8-25 мм. По плотности их делят на изоляционные(150-250 кг/м3) и изоляционно-отделочные (250-350 кг/м3). Теплопроводностьизоляционных плит 0,047-0,07, а изоля-ционно-отделочных-0,07-0,08 Вт/(м-°С).Предел прочности плит при изгибе составляет 0,4-2 МПа.Древесноволокнистые плиты обладают высокими звукоизоляционными свойствами.
Изоляционные и изоляционно — отделочныеплиты применяют для тепло- и звукоизоляции стен, потолков, полов, перегородок иперекрытий зданий, акустической изоляции концертных залов и театров (подвесныепотолки и облицовка стен).
Арболит изготовляют из смеси цемента, органических заполнителей, химических добавок и воды. В качестве органических заполнителейиспользуют дробленые отходы древесных пород, сечку камыша, костру коноплиили льна и т. п. Технология изготовления изделий из арболита проста ивключает операции по подготовке органических заполнителей, например дроблениеотходов древесных пород, смешивание заполнителя с цементным раствором, укладкуполученной смеси в формы и ее уплотнение, отвердение отформованных изделий.
Теплоизоляционныематериалы из пластмасс. В последниегоды создана довольно большая группа новых теплоизоляционных материалов изпластмасс. Сырьём для их изготовления служат термопластичные (полистирольные;
поливинилхлоридные,полиуретановые)
и термореактивные (мочевино- формальдегидные) смолы, газообразующие и вспенивающие вещества,наполнители, пластификачоры, красители и др. В строительстве наибольшеераспространение в качестве тепло- и звукоизоляционных материалов получилипластмассы пористо-ячеистой структуры. Образование в пластмассах ячеек илиполостей, заполненных газами или воздухом, вызвано химическими, физическимиили механическими процессами или их сочетанием.
В зависимости отструктуры теплоизоляционные пластмассы могут быть разделены на две группы:пенопласты и поропласты. Пенопластами называют ячеистые пластмассы смалой плотностью и наличием несообщающихся между собой полостей или ячеек,заполненных газами или воздухом. Поропласты-пористые пластмассы,структура которых характеризуется сообщающимися между собой полостями.Наибольший интерес для современного индустриального строительства представляют пенополистпрол, пенополивинилхлорид, пенополиуретан и мипора. Пенополистирол- материал в виде белой твердой пены с равномерной замкнутопористой структурой. Пенополистирол выпускают марки ПСБС в виде плит размером1000х500х100 мм и плотностью 25-40 кг/м3. Этот материал имеет теплопроводность0,05 Вт/(м-°С), максимальная температура его применения 70 °С. Плиты изпенополистирола применяют для утепления стыков крупнопанельных зданий,изоляции промышленных холодильников, а также в качестве звукоизолирующих прокладок.
Сотопласты — теплоизоляционные материалы с ячейками, напоминающимиформу пчелиных сот. Стенки ячеек могут быть выполнены из различныхлистовых материалов ( крафт — бумаги, хлопчатобумажной ткани, стекло — ткани и др.), пропитанных синтетическими полимерами. Сотопласты изготовляют в видеплит длиной 1-1,5м, шириной 550 — 650 и толщиной 300 — 350 мм. Их плотность
30-100 кг/м3,теплопроводность 0,046-0,058 Вт/(м-°С). прочность при сжатии 0,3-4 МПа.Применяют сотопласты как заполнитель трехслойных панелей. Теплоизоляционныесвойства сотопастов повышаются в результата заполнения сот крошкой мипоры.
Неорганические теплоизоляционные материалы .К неорганическимтеплоизоляционным материалам относят минеральную вату, стеклянное волокно, пенсстекло, вспученные перлит и вермикулит, асбестосодер жащие теплоизоляционныеизделия, ячеистые бетоны , и др.
Минеральная вата иизделия из нее. Минеральная вата волокнистый теплоизоляционный материал, получаемый из силикатных расплавов.Сырьем для ее производства служат горные породы (известняки, мергели,диориты и др.), отходы металлургической промышленности (доменные и топливныешлаки) и промышленности строительных материалов (бой глиняного и силикатногокирпича).
Производство минеральнойваты состоит из двух основных технологических процессов: получение силикатногорасплава и превращение этого расплава в тончайшие волокна. Силикатный расплавобразуется в вагранках шахтных плавильных печах, в которые загружают минеральноесырье и топливо (кокс). Расплав с температурой 1300-1400°С непрерывновыпускают из нижней части печи.
Существует два способа превращения расплава в минеральное волокно: дутьевой и центробежный. Сущность дутьевого способа заключается в том, что на струюжидкого расплава, вытекающего из летки вагранки, воздействует струя водяногопара или сжатого газа. Центробежный способ основан на использованиицентробежной силы для превращения струи расплава в тончайшие минеральныеволокна толщиной 2-7 мкм и длиной 2-40 мм. Полученные волокна осаждаются вкамере волокна осаждения на движущуюся ленту транспортера. Минеральная вата это рыхлый материал, состоящий из тончайших переплетенных минеральныхволокон и небольшого количества стекловидных включений ( шариков, цилиндриков и др.), так называемых корольков.
Чем меньше в вате корольков, тем выше ее качество.
В зависимости от плотности минеральная вата подразделяется на марки 75, 100, 125 и 150.Она огнестойка, не гниет, малогигроскопична и имеет низкую теплопроводность 0,04 — 0,05 Вт (м.°С).
Минеральная вата хрупка, и при ее укладке образуется много пыли, поэтому вату гранулируют т.е. о превращают в рыхлые комочки — гранулы. Их используют в качестве теплоизоляционной засыпки пустотелых стен и перекрытий. Сама минеральная вата является как бы полуфабрикатом, из которого выполняют разнообразныетеплоизоляционные минераловатные изделия: войлок, маты, полужесткие и жесткиеплиты, скорлупы, сегменты и др.
Стеклянная вата и изделия из нее. Стеклянная вата материал, состоящий из беспорядочно расположенных стеклянных волокон,полученных из расплавленного сырья. Сырьем для производства стекловаты служитсырьевая шахта для варки стекла (кварцевый песок, кальцинированная сода исульфат натрия) или стекольный бой. Производство стеклянной ваты и изделийиз нее состоит из следующих технологических процессов : варка стекломассы в ванных печах при 1300-1400 °С, изготовление стекловолокна и формованиеизделий.
Стекловолокно израсплавленной массы получают способами вытягивания или дутьевым.Стекловолокно вытягивают штабиковым (подогревом стеклянных палочек дорасплавления с последующим их вытягиванием в стекловолокно, наматываемое навращающиеся барабаны) и фильерным (вытягиванием волокон из расплавленнойстекломассы через небольшие отверстия-фильтры с последующей намоткой волоконна вращающиеся барабаны) способами. При дутьевом способе расплавленнаястекломасса распыляется под действием струи сжатого воздуха или пара.
В зависимости от назначения вырабатывают текстильное и теплоизоляционное (штапельное)стекловолокно. Средний диаметр текстильного волокна 3-7 мкм, атеплоизоляционного 10-30 мкм.
Стеклянное волокнозначительно большей длины, чем волокна минеральной ваты и отличается большими химической стойкостью и прочностью. Плотность стеклянной ваты75-125 кг/м3, теплопроводность 0,04-0,052 Вт/(м/°С), предельная температура применения стеклянной ваты 450 °С. Из стекловолокна выполняют маты, плиты,полосы и другие изделия, в том числе тканые.
Пеностекло — теплоизоляционный материал ячеистой структуры.Сырьем для производства изделий из пеностекла (плит, блоков) служит смесьтонкоизмельченного стеклянного боя с газообразоватслем (молотым известняком).Сырьевую смесь засыпают в формы и нагревают в печах до 900 «С, при этомпроисходит плавление частиц и разложение газообразователя. Выделяющиеся газывспучивают стекломассу, которая при охлаждении превращается в прочный материалячеистой структуры
Пеностекло обладает рядом ценных свойств, выгодно отличающих его от многих других теплоизоляционных материалов: пористость пеностекла 80-95 %, размер пор 0,1-3мм, плотность 200-600 кг/м3, теплопроводность 0,09-0,14 Вт/(м, /(м* °С), предел прочности при сжатии пеностекла 2-6 МПа. Кроме того, пеностекло характеризуется водостойкостью, морозостойкостью, несгораемостью, хорошим звукопоглощением, его легко обрабатывать режущим инструментом.
Пеностекло в виде плитдлиной 500, шириной 400 и толщиной 70-140 мм используют в строительстве для утепления стен, перекрытий, кровель и других частей зданий, а в видеполуцилиндров, скорлуп и сегментов — для изоляции тепловых агрегатов и теплосетей, где температура не превышает 300 °С. Кроме того, пеностекло служит звукопоглощающими одновременно отделочным ма-териалом для аудиторий, кинотеатров и концертных залов.
Асбестосодержащиематериалы и изделия. К материалам иизделиям из асбестового волокна без добавок или с добавкой связующих веществотносят асбестовые бумагу, шнур, ткань, плиты и др. Асбест может быть такжечастью композиций, из которых изготовляют разнообразные теплоизоляционныематериалы ( совелит и др). В рассматриваемых материалах и изделияхиспользованы ценные свойства асбеста: температуростойкость, высокая прочность, волокнистость и др.
Алюминиевая фольга (альфоль)-новый теплоизоляционный материал,представляющий собой ленту гофрированной бумаги с наклеенной на гребне гофровалюминиевой фольгой. Данный вид теплоизоляционного материала в отличие отлюбого пористого материала сочетает низкую теплопроводность воздуха,заключенного между листами алюминиевой фольги, с высокой отража-тельнойспособностью самой поверхности алюминиевой фольги. Алюминиевую фольгу для целейтеплоизоляции выпускают в рулонах шириной до 100, толщиной 0,005- 0,03 мм.
Практика использованияалюминиевой фольги в теплоизоляции показала, что оптимальная толщина воздушнойпрослойки между слоями фольги должна быть 8- 10 мм, а количество слоев должнобыть не менее трех. Плотность такой слоевой конструкции из алюминиевой (фольги 6-9 кг/м3, теплопроводность — 0,03 — 0,08 Вт/(м* С ).
Алюминиевую фольгуупотребляют в качестве отражательной изоляции в теплоизоляционных слоистых конструкциях зданий и сооружений, а также для теплоизоляции поверхностейпромышленного оборудования и трубопроводов при температуре 300 °С.