Специальность 1 А РАЗДЕЛ 8 ИЗОЛЯЦИОННЫЕ И

Специальность 1 А РАЗДЕЛ № 8. ИЗОЛЯЦИОННЫЕ И ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Лекция № 13. Тема № 23. Теплоизоляционные и акустические материалы. Время: 2 ч. Вопросы: 1. Общие сведения о теплоизоляционных материалах и их классификация. 2. Основные виды, свойства, технические требования к качеству теплоизоляционных материалов. 3. Понятие об акустических материалах. 2/1/2018 Литература: 1. Учебник с. 201… 221. 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ (ТИМ) ТИМ - имеют малую теплопроводность и используются для тепловой изоляции строительных конструкций зданий и сооружений, технологической аппаратуры, тепловых и холодильных установок и различных трубопроводов. ТИМ – позволяют: • уменьшить потребность в основных материалах, • снизить массу наружных ограждающих конструкций, • сократить расход топлива на отопление зданий. ТИМ должны: • обладать стабильными теплофизическими, физикомеханическими свойствами; • не выделять токсичных веществ и пыли в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации. Основные свойства ТИМ - теплопроводность и предельная температура применения, средняя плотность, прочность, деформативность. 2/1/2018 2

Теплопроводность Коэффициент теплопроводности ТИМ не более 0, 175 Вт/(м К) при 25°С (численно равен количеству тепла в условиях стационарного потока, проходящего в течение 1 ч через преграду площадью 1 м 2 и толщиной 1 м при разности температур на ее поверхностях в 1 К). Факторы, влияющие на теплопроводность материалов: • пористость (или средняя плотность); • характер пор, их размеры и распределение; • химический состав; • влажность; • температура; • давление. Идея получения эффективного ТИМ - предельное насыщение порами, т. к. из всех веществ, широко распространенных и доступных на Земле, наименьшей теплопроводностью обладает воздух, помещенный в поры. 2/1/2018 3

Теплопроводность замкнутого пространства в ТИМ является суммарной величиной, складывающейся из теплопроводности воздушного вещества air , теплопередачи за счет его перемешивания (конвекции) соп и тепловой энергии излучения поверхностей слоя (тепловой радиации) rаd Теплопроводность материала - линейная функция температуропроводности a м 2/с, теплоемкости c Дж/(кг К), и средней плотности m, кг/м 3 2/1/2018 4

Менее теплопроводны материалы с мелкопористой структурой и равномерным распределением замкнутых пор. С увеличением размеров пор теплопроводность возрастает т. к. существенное значение приобретает конвекция (см. рис. ). В мелких порах теплопроводность воздуха - air = 0, 023 Вт/(м K). В крупных порах теплопроводность воздуха за счёт конвекции возрастает до air = 0, 053 Bт/(м K). Интенсивность теплового излучения описывается уравнением Стефана - Больцмана где: krad - коэффициент излучения, Вт/(м 2 К 4); Т - температура тела, К. Пример: Для улучшения теплозащиты труб наружных теплосетей необходимо снизить коэффициент излучения обернув их поверх теплоизоляции блестящей фольгой (фольгоизолом). 2/1/2018 5

Теплопроводность, Вт, , /(м·о. С) d Толщина воздушного слоя d, м Зависимость теплопроводности от толщины воздушных прослоек: 1 - 2/1/2018 коэффициент теплопроводности; 2 - излучения; 3 - конвекции: 4 6 вещества самого материала

Влажность резко увеличивает теплопроводность материала. Вода имеет коэффициент теплопроводности в 20 paз больше, чем воздух. Коэффициент теплопроводности льда почти в 4 раза превышает коэффициент теплопроводности воды и в 80 раз - воздуха. Поэтому ТИМ необходимо предохранять от увлажнения на всех этапах технологического процесса теплоизоляции и при их транспортировке и хранении. Предельная температура применения ТИМ должна учитываться в случае изоляции нагретых поверхностей (при длительном нагревании в материале возможны деструктивные явления). 2/1/2018 7

Предельные температуры применения ТИМ Материал Минеральная вата Минераловатные изделия на битумной связке То же на синтетической связке Перлит Бетоны ячеистые Совелит Торфоплиты Пенопласт на основе резольных фенолоформальдегидных смол Пеностекло 2/1/2018 Предельная температура применения, °С 600 70 400 875 400 500 130 400 8

Прочность ТИМ - незначительна и зависит от относительной пористости где: R 0 - прочность матрицы материала; п - относительная пористость материала; т - коэффициент, учитывающий химический состав материала. С увеличением пористости прочность материала уменьшается, но улучшаются его теплозащитные свойства: инженеру необходимо уметь правильно выбирать нужный ТИМ, сообразуясь с его прочностью и теплопроводностью. В среднем прочность ТИМ на сжатие находится в пределах 0, 1. . . 1, 5 МПа, у наиболее прочных может достигать 5. . . 10 МПа (пеностекло, шлакопеноситаллы и др. ). 2/1/2018 9

Деформативные свойства ТИМ характеризуют их относительной сжимаемостью . Определяют при стандартных испытаниях образцов и вычисляют по формуле где: h 0 – толщина образца при начальном давлении 500 Па; h – уменьшение толщины образца при стандартной удельной нагрузке. 2/1/2018 10

ТИМ классифицируют: • по виду основного исходного сырья подразделяются на два класса - органические и неорганические; • по структуре на типы - волокнистые, ячеистые и зернистые; • по форме на виды - рыхлые, плоские, фасонные и шнуровые; • по горючести на группы - несгораемые, трудносгораемые и сгораемые; • по теплопроводности на классы - «А» (низкой теплопроводности - коэффициент теплопроводности при температуре 25 °С ≤ 0, 06 Вт/(м К)), «Б» (средней теплопроводности 0, 06 < ≤ 0, 115 Вт/(м К)) и «В» (повышенной теплопроводности 0, 115 < ≤ 0, 175 Вт/(м К)); • по средней плотности на группы и марки - особо низкой плотности (ОНП), марки: 15, 25, 35, 50, 75, (кг/м 3, не более); низкой плотности (НП), марки: 100, 125, 150, 175, (кг/м 3, не более); средней плотности (СП), марки: 200, 225, 250, 300, 350, (кг/м 3, не более) и плотные (Пл), марки: 400, 450, 500, (кг/м 3, не более); 2/1/2018 11

• по деформативности (сжимаемости) на виды мягкие (М), > 30 % под удельной нагрузкой 0, 002 МПа, полужесткие (П), (6 % < ≤ 30 %), жесткие (Ж), ( ≤ 6 %), повышенной жесткости (ПЖ), ≤ 10 % под удельной нагрузкой 0, 04 МПа, твердые (Т), ≤ 10 % под удельной нагрузкой 0, 1 МПа. 2/1/2018 12

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ТИМ - негорючие, имеют более высокую тепло-стойкость, водо- и биостойки, и предпочитаются в капитальном строительстве для тепловой изоляции поверхностей с температурой свыше 100°С. Рыхлые ТИМ бывают: • волокнистыми (в виде волокнистых масс: вата минеральная, стекловата, шлаковата и др. ); • зернистыми (сыпучие вещества (вспученный перлит, керамзит, топливные и гранулированные доменные шлаки, измельченные пористые горные породы - диатомит, пемза, вулканические ту-фы и др. ); • пластинчатыми - содержат листочки слюды, получаемые вспучиванием при нагревании гидрослюд (вермикулита). Рыхлые ТИМ используются - для засыпок в стенах, утепления чердачных и междуэтажных перекрытий, бесчердачных крыш зданий и в качестве компонентов для других видов ТИМ. 2/1/2018 13

Минеральная вата - негорючий, долговечный материал с низкой теплопроводностью, доступностью сырья и сравнительной дешевизной. Минвата состоит из тонких волокон, получаемых из расплава силикатных гарных пород (доломитов, базальтов, мергелей и др. ), металлургических шлаков или стекломассы. Средний диаметр волокон минваты не должен превышать 8 мкм. Способы получения минваты: горизонтально-дутьевой, центробежный и комбинированный (центробежно-дутьевой). Горизонтально-дутьевой способ - расплав минерального сырья, вытекающий непрерывной струей из печи (вагранки), подхватывается струей пара или сжатого воздуха, разбивается ею на мелкие капли, которые под действием кинетической энергии вытягиваются в тонкие минеральные волокна. 2/1/2018 14

Центробежный способ - струя минерального расплава дробится на капли диском центрифуги, вращающимся со скоростью до 4000 об/мин, которые под действием полученного ими кинетического импульса в полете вытягиваются в иголки (волокна). Комбинированный способ - расплав, прежде чем попасть под струю пара, разбивается на тонкие струйки в быстро вращающейся чаше. Минеральная вата по насыпной плотности делится на марки 75 и 100. Предельная температура применения - не выше 600°С. Влажность - не более 2%. Коэффициент теплопроводности - не выше 0, 045 Вт/(м К) при температуре 25°С, 0, 064 при 105°С и 0, 105 при 300°С. Недостаток минваты - пыление при ее использовании. 2/1/2018 15

Перлит вспученный - применяется в виде песка с крупностью зерен до 5 мм. Делится на марки: 75, 100, 150, 300, 350, 400 и 500. Коэффициент теплопроводности вспученного перлитового песка изменяется от 0, 047 Вт/(м К) для марки 75 до 0, 093 Вт/(м К) для марки 500. Влажность песка ≤ 1, 5 % по массе Вспученный вермикулит - сыпучий рыхлый материал пластинчатого строения, температура плавления 1300°С. Делится на марки: 100, 150 и 200. Теплопроводность в зависимости от марки изменяется от 0, 064 до 0, 076 Вт/(м К), Влажность < 3 % по массе. Используются - для изготовления тепло- и звукоизоляционных изделий, теплоизоляционных засыпок при температуре изолируемой поверхности от 200 до 875 °С. 2/1/2018 16

ПЛОСКИЕ И ФАСОННЫЕ ТИМ - минераловатные маты на синтетическом связующем, прошивные, вертикально-слоистые и др. , изготавливаемые в виде рулонов различных размеров и применяемые для тепловой изоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов. Маты минераловатные на синтетическом связующем изготавливаются конвейерным способом с введением вяжущего вещества (фенолоформальдегидные и карбамидные смолы в виде водных эмульсий) с помощью специальных форсунок в камеру волокноосаждения. Минераловатные маты на синтетической связующем имеют марки по средней плотности 75 и 125. Коэффициент теплопроводности равен 0, 052 Вт/(м К) при температуре 25 °С и 0, 086 при 125 °С. 2/1/2018 17

Маты минераловатные прошивные - изготавливают в обкладках с одной, с двух сторон и без них и прошиваются сплошными швами в продольном или поперечном направлениях. Обкладки - металлические сетки, асбестовая ткань, стеклоткань, кровельный картон, мешочная бумага и др. Прошивки - стальная низкоуглеродистая проволока диаметром 0, 5. . . 1 мм и различные крученые нити: стеклянные, льняные, капроновые и др. Маты выпускаются в виде рулонов длиной от 1000 до 2500 мм, шириной от 500 до 2500 мм и толщиной от 40 до 120 мм. По средней плотности прошивные маты имеют марки 100 и 125. Теплопроводность - 0, 044 Вт/(м К) при t = 25 °С и 0, 065 Вт/(м К) при t = 125 °С. Влажность ≤ 2 %. 2/1/2018 18

Плоские и фасонные ТИМ - плиты, полые цилиндры, полуцилиндры, сегменты и др. (волокнистые, зернистые и ячеистые). Волокнистые минераловатные изделия - на синтетическом, битумном, крахмальном и др. связующих. Зернистые - перлитоцементные, перлитобитумные изделия. Ячеистые - пеностекло, ячеистые бетоны. Изделия из совелита (плиты, скорлупы, сегменты) предназначены для промышленных установок и трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей до 500°С. Сырьё - доломит Mg. CO 3 Ca. CO 3 и асбест 5 -го и 6 -го сортов. Производство - доломит обжигают, гасят и насыщают углекислотой. Полученное «молоко» варят до образования белой магнезии. Добавляют асбест (около 15 % по массе), состав отфильтровывают, сушат и размалывают в порошок. Пасту из смеси порошка и воды наносят на изолируемую поверхность или готовят из нее изделия. 2/1/2018 19

ОРГАНИЧЕСКИЕ ТИМ - штучные изделия (плиты) древесно-волокнистые, цементнофибролитовые, торфяные, из газонаполненных пластмасс. Древесно-волокнистые плиты - в основном мягкие плиты, отличающиеся высокой (до 80 %) пористостью. В зависимости от предела прочности при изгибе имеют марки: М-4, М-12 и М-20. В обозначении марки цифра характеризует минимальную прочность изделий при изгибе (кгс/см 2). Выпускают мягкие плиты длиной 1200. . . 3000 мм, шириной 1200. . . 1700 мм, толщиной 12. . . 25 мм для марок М-4 и М-12 и 8. . . 12 мм для марки М-20. Теплопроводность плит колеблется от 0, 055 до 0, 09 Вт/(м К). Плиты фибролитовые на портландцементе - из древесной стружки неделовой древесины преимущественно хвойных пород, перемешанной с ПЦ марки не ниже 400 и водой. 2/1/2018 20

Газонаполненные пластмассы - двухфазные системы из полимерной матрицы и равномерно диспергированная в ней газовой фазы. Пенопласт на основе фенолоформальдегидных смол получают из жидких резольных фенолоформальдегидных полимеров и вспениваю-щего агента (смеси соляной и ортофосфорной кислот с мочевиной). Полистирольный пенопласт - суспензионный (бисерный) полистирол в виде гранул 0, 5. . . 3 мм, содержащий порофор (мономер изопентана), Пенопласты на основе полиуретана получают в результате сложных реакций, протекающих при смешивании полиэфира, диизоцианата и воды в присутствии порообразавателей, катализаторов и эмульгаторов. 2/1/2018 21

АКУСТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ - применяют для уменьшения уровня шума, возникающего в помещении или проникающего туда извне. Предельная интенсивность звука - 85 д. Б. По источникам возникновения и характеру распространения шумы подразделяются на воздушные и ударные. Воздушный шум распространяется в виде звуковых волн в воздухе. Ударный шум - прямые удары по конструкциям зданий и сооружений. Звукопоглощающие материалы - снижают уровень звукового давления в помещениях и обладают способностью поглощать звуковые волны. Звукоизоляционные материалы - изолируют помещения от ударных шумов. 2/1/2018 22

Основные звукопоглощающие материалы - минераловатные плиты на синтетическом или крахмальном связующем. Плиты «Акмигран» - смесь минеральной ваты, крахмала, карбоксилцеллюлозы и бентонитовых глин. В качестве звукоизоляционных материалов применяют многие ТИМ: • пористо-волокнистые плиты (минераловатные на синтетическом и битумном связующем); • маты минераловатные прошивные, плиты древесноволокнистые и др. ; • пористо-губчатые плиты из газонаполненных пластмасс; • засыпки (вспученный перлит и вермикулит, совелитовый порошок, керамзит и др. ). 2/1/2018 23