Теплоизоляционные материалы

Секция «Прикладная механика»

Теплоизоляционные материалы.

Г. С. Фомина, студ.4 курса

Научный руководитель – к. т. н., доц. М. И. Зайцева

К теплоизоляционным материалам относятся строительные материалы и изделия, предназначенные для тепловой изоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений, технологического оборудования и трубопроводов. Такие материалы имеют низкую теплопроводность (при температуре 25°С коэффициент теплопроводности не более 0,175 Вт/(м°С)) и плотность (не выше 500кг/м³).

Основная техническая характеристика теплоизоляционных материалов - это теплопроводность, т.е. способность материала передавать тепло. Для количественного определения этой характеристики используется коэффициент теплопроводности, который равен количеству тепла, проходящему за 1 час через образец материала толщиной 1 м и площадью 1 м² при разности температур на противоположных поверхностях 1°С. Также сильное влияние на теплопроводность оказывает температура и влажность материала.

Теплоизоляционные материалы и изделия можно систематизировать по основным признакам:

По виду исходного сырья: неорганические (минеральная и стеклянная вата, ячеистые бетоны, материалы на основе асбеста, керамические и др.) и органические (древесно-волокнистые плиты, пенно- и поропласты, торфяные плиты и пр.). Также изготавливаются комбинированные материалы, с использование органических и неорганических компонентов.

По структуре: волокнистые (минеральная , стеклянная вата, шерсть и пр.), ячеистые (ячеистые бетоны и полимеры, пенно- и газокерамика и пр .) и зернистые или сыпучи (керамический и шлаковый гравий, пемзовый и шлаковый песок и пр.

По форме: рыхлые (вата, перлит и др.), плоские (плиты, маты, войлок), фасонные (цилиндры, полуцелиндры, сегменты и др.), шнуровые (шнуры из неорганических волокон).

По возгораемости (горючести): несгораемые (керамзит, ячеистые бетоны и др.), трудносгораемые (цементно-стружечные, ксилолит) и сгораемые (ячеистые пластмассы, торфоплиты,.)

Маркировку теплоизоляционных материалов связывают с их плотностью. Поэтому основным показателем качества таких материалов является их марка плотности: D15-35-50-100-125-150-175-200-250-300-350-400-500-600.

Температуростойкость оценивают предельной температурой применения материала. Выше этой температуры материал изменяет свою структуру, теряет механическую прочность и разрушается, а органические материалы могут загораться. Предельную температуру применения устанавливают несколько ниже значения температуростойкости в целях предосторожности, и указывают в технической характеристике материала.

Теплоемкость имеет существенное значение в условиях частых теплосмен, так как в этих условиях необходимо учитывать теплоту, поглощаемую (аккумулированную) теплоизоляционным слоем. Теплоемкость неорганических материалов колеблется от 0,67 до 1 кДж/кг°С. С увеличением влажности материала его теплоемкость резко возрастает, т.к. для воды при 4°С она составляет 4,2 кдж/кг°С. Увеличение теплоемкости отмечается и при повышении температуры.

Огнестойкость характеризует сгораемость материала, т.е. его способность воспламеняться и гореть при воздействии открытого пламени. Сгораемые материалы можно применить только при осуществлении мероприятий по защите от возгорания и возможности использования средств пожаротушения. Возгораемость определяется при воздействии температуры 800-850°С и выдержке в течение 20 мин

Плотность для жестких материалов – отношение массы сухого материала к его объему, а плотность волокнистого – это отношение массы сухого материала к его объему, но определенному при заданной нагрузке.

 

  Прочность при сжатии определяется при 10% деформации. Это величина напряжения, вызывающего изменение толщины изделия на 10%. Это величина напряжения, вызывающего изменение толщины изделия на 10%

Сжимаемость – способность материала изменять толщину под действием заданного давления. Материалы по сжимаемости мягкие М: деформация свыше 30%. Полужесткие ПЖ – деформация 6-30%, жесткие – деформация не более 6%. Сжимаемость характеризуется относительной деформацией материала при сжатии под действием удельной 0,002 МПа нагрузки. 

Водопоглощение значительно ухудшает теплоизоляционные свойства и понижает прочность и долговечность. Материалы с закрытыми порами, например, пеностекло, имеют низкое водопоглощение (менее 1%). Для уменьшения водопоглощения, например, при изготовлении минераловатных изделий зачастую вводят гидрофобные добавки, которые позволяют уменьшить сорбционную влажность в процессе эксплуатации.

Виды теплоизоляционных материалов

Пенополиуретан, пенополистирол, пенополипропилен, вспененный каучук, вспененный полиэтилен, каменная вата, каолиновая вата, минеральная вата, задувная вата, стекловата, пенобетоны, , пеностекло, пенопласты (поропласты), фибролит, целлюлозный утеплитель, отражающая изоляция.

 

Органические теплоизоляционные материалы и изделия. Теплоизоляционные материалы и изделия на основе органического сырья.

  Большинство теплоизоляционных материалов на основе органического сырья (отходы деревообработки и лесопиления, неделовая древесина, камыш, солома, костра и другие отходы промышленности и сельского хозяйства) изготавливают в виде плит и блоков

Годовой выпуск пиломатериалов в нашей стране превышает 5000 млн м3, при этом образуется около 15 млн м3 реек, горбылей и обрезков.

Кусковые отходы лесопиления, получаемые из наиболее ценной части древесины, — замечательное сырье для изготовления не только древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит. Из этих отходов можно получать клееные заготовки и щиты для строительных конструкций, заполнителей для фибролита и арболита.

Древесноволокнистые теплоизоляционные изделия (ГОСТ 4598) изготавливают в виде крупноразмерных плит или листов из древесного сырья, которое последовательно измельчают в волокнистую массу, формуют и подвергают тепловой обработке.

Древесные плиты обладают повышенной гигроскопичностью и водопоглощением. Они легко воспламеняются и могут долго тлеть. Эта способность выражена у древесно-волокнистых плит сильнее, чем у естественной древесины.

Древесно-стружечные теплоизоляционные плиты изготавливают горячим прессованием массы, содержащей около 90 % органического волокнистого сырья (чаще всего специально приготовленной древесной стружки) и 8—10 % синтетических смол (фенолоформальдегидной или мочевиноформальдегидной). Для улучшения свойств плит в сырьевую массу добавляют гидрофобизирующие вещества, антисептики и антипирены. Плиты бывают одно- и многослойные, сплошные и многопустотные. Прочность древесно-стружечных плит гораздо выше, чем аналогичных древесно-волокнистых плит

Плиты изготавливают толщиной 10,13,16,19, 22 и 25 мм, длиной 3500 мм, шириной 1500 и 1700 мм. Гигроскопическая влажность плит 7—8 %, а водопоглощение их может изменяться от 20 до 80 %.

Технико-экономическое сопоставление по капитальным и эксплуатационным затратам подтверждает преимущество древесностружечных плит перед древесно-волокнистыми.

Известны работы по изготовлению теплоизоляционных материалов из измельченного органического сырья без добавления связующих: получены твердые теплоизоляционные плиты из пылевидных отходов камыша. В основу технологии их изготовления была положена способность измельченного камыша при нагревании под давлением в закрытой пресс-форме частично гидролизоваться и выделять химические соединения, которые при остывании образуют неплавкие и.нерастворимые продукты, выполняющие функции связующих.

изготовления арболитовых блоков на основе отходов лесоперерабатывающей промышленности (опилок или щепы), вяжущего компонента портландцемента и воды.

Технология производства позволяет получать высококачественный строительный материал арболит, не имеющий аналогов по совокупности свойств на рынке строительных материалов. Получаемый материал арболит соответствует всем требованиям ГОСТов. Арболит экологичен и прост в применении.

Основные компоненты для производства арболита - цемент, щепа, вода, сернокислый алюминий. Щепа не должна быть свежеспиленной, необходимо предварительное хранение под навесом. Щепа загружается в смесительную станцию, включается привод, добавляется сернокислый алюминий. Происходит расщепление щепы шнеками смесительной станции до предусмотренных ГОСТом размеров и нейтрализация сахаров в щепе сернокислым алюминием. После этого в смесительную станцию засыпается цемент и вода в определенной последовательности, происходит окончательное перемешивание арболитовой смеси. Готовая смесь транспортируется к месту уплотнения, загружается в пресс-формы. Уплотнение возможно ручными трамбовками или методом вибрирования с пригрузом. После уплотнения блоки сразу извлекаются из форм. Готовые блоки набирают плотность на месте трамбования или переносятся на стеллажи. Свободно перемещать блоки, складывать один на другой можно через 2-4 дня, помещать на поддоны высотой до 2 метров возможно через неделю, перевозка к месту строительства через 2 недели, окончательная плотность через месяц. При использовании сушильной камеры готовые блоки после трамбования помещают в камеру на ночь, перевозка к месту строительства возможна сразу после выгрузки из камеры.

 

Список литературы

 

• Мальцев В.В., Запруднов В.И., Разумовский А.В. Новые теплоизоляционные материалы в малом деревянном домостроении //Научн. тр. – Вып.. 299. – М.: МГУЛ, 1999. – С. 5 – 10.

• Запруднов В.И. Технология и обеспечивающие ее технические средства по изготовлению трехслойных деревянных панелей. II Международный симпозиум "Строение, свойства и качество древесины", 21–24 октября 1996: Тезисы докладов. Составитель Б.Н. Уголев. – М.: МГУЛ, 1996. – 96 с.

• Щербаков А.С., Запруднов В.И., Голованова Л.В. Изготовление трехслойных стеновых панелей для малоэтажного домостроения. Журнал “Жилищное строительство”, № 10, 1990, М.: Стройиздат: – С 14 – 16