Теплоизоляционные материалы.
1. Общие сведения о теплоизоляционных материалах, их классификация.
2. Неорганические теплоизоляционные материалы.
3. Органические теплоизоляционные материалы.
Общие сведения
Теплоизоляционными называют строительные материалы с низкой теплопроводностью, предназначенные для тепловой изоляции строительных конструкций, производственного оборудования, трубопроводов, тепловых установок, холодильников и для уменьшения теплообмена с окружающей средой.
В холодильных установках теплоизоляционные материалы служат для защиты от нагревания.
Теплоизоляционными считают материалы с высокой пористостью, имеющие плотность не более 600 кг/м3 и теплопроводность не более 0,18 Вт/(м-К).
Прочность теплоизоляционных материалов сравнительно невелика, но должна обеспечивать их сохранность при перевозке, складировании, монтаже и эксплуатационных условиях. Предел прочности при сжатии 0,2...2,5 МПа, предел прочности при изгибе для неорганических материалов 0,15...0,5 МПа.
По назначению:
ü изоляционно-строительные, которые применяют для утепления строительных ограждений;
ü изоляционно-монтажные - для утепления трубопроводов и промышленного оборудования. Деление это условно, так как некоторые материалы используют как для изоляции строительных конструкций, так и для изоляции промышленных объектов.
По форме и внешнему виду:
ü штучные (плиты, блоки, кирпичи, цилиндры, полуцилиндры, сегменты);
ü рулонные и шнуровые (маты, шнуры, жгуты);
ü рыхлые и сыпучие (вата, перлитовый песок и др.).
По структуре:
ü волокнистые (минераловатные, стекловолокнистые и др.);
ü зернистые (перлитовые, вермикулитовые);
ü ячеистые (изделия из ячеистых бетонов, пеностекло, пе-
нопласты, совелитовые и др.).
По жесткости:
ü мягкие (М) - сжимаемость по объему выше 30% при
удельной нагрузке 0,002 МПа (минеральная и стеклянная вата,
вата из каолинового и базальтового волокна, из супертонкого
стекловолокна, маты и плиты из штапельного стекловолокна);
ü полужесткие (П) - сжимаемость от 6 до 30% при удельной нагрузке 0,002 МПа (плиты минераловатные и из штапельного стекловолокна на синтетическом связующем);
ü жесткие (Ж) - сжимаемость до 6% при удельной нагрузке 0,002 МПа (плиты из минеральной ваты на синтетическом или битумном связующем);
ü повышенной жесткости (ПЖ) - сжимаемость до 10% при удельной нагрузке 0,04 МПа (плиты минераловатные повышенной жесткости на синтетическом связующем);
ü твердые (Т) - сжимаемость до 10% при удельной нагрузке 0,1 МПа.
По возгораемости:
ü несгораемые,
ü трудносгораемые,
ü сгораемые,
ü трудновоспламеняющиеся (материалы из пластмасс).
По теплопроводности:
ü класс А - низкой теплопроводности; теплопроводность при средней температуре 25 °С - до 0,06 Вт/(м • °С);
ü класс Б - средней теплопроводности; теплопроводность при средней температуре 25 °С -0,06...0,115 Вт/(м • °С);
ü класс В - повышенной теплопроводности; теплопроводность 0,115...0,175 Вт/(м • °С).
По виду исходного сырья: неорганические и органические.
Неорганические теплоизоляционные материалы
Неорганические теплоизоляционные материалы изготовляют на основе различных видов минерального сырья— горных пород, шлаков, стеклянных расплавов, асбеста, базальтового волокна и др.
Эти материалы не подвержены гниению, имеют малую гигроскопичность, достаточно огнестойкие, в них не заводится моль, их не уничтожают грызуны, они более долговечные, чем материалы из растительного волокна. Номенклатура их весьма разнообразна и ассортимент постоянно пополняется.
Минеральная вата — теплоизоляционный материал волокнистого строения, получаемый из расплава легкоплавких горных пород, металлургических шлаков, золы ТЭС.
В качестве сырья для производства используют известняки, мергели, доломиты, базальты, отходы металлургической промышленности (доменные и топливные шлаки) и промышленности строительных материалов (бой керамического или силикатного кирпича).
Технология производства минеральной ваты включает две операции: получение силикатного расплава (1300... 1400 °С) и превращение этого расплава в тончайшие волокна. Расплав обычно получают в вагранке либо в другом печном агрегате. Полученный расплав каменного сырья или шлака превращается в минеральную вату дутьевым или центробежным способом.
Дутьевой способ заключается в воздействии струи пара или сжатого воздуха на жидкий расплав, вытекающий из вагранки. При центробежном способе используется центробежная сила, превращающая струю расплава в тончайшие минеральные волокна диаметром 5...15 мкм и длиной 2...60 мм.
Минеральная вата огнестойка, малогигроскопична, биостойка.
λ = 0,042 – 0,046 Вт/(м∙ºC), ρ = 75 – 150 кг/м3.
Минеральный войлок выпускают в виде листов и рулонов из минеральной ваты, слегка пропитанной синтетическими смолами и спрессованной.
Листы и полотнища минерального войлока длиной 100 – 300 см., шириной 375 – 125 см, толщиной 3-6 см применяют для утепления стен и перекрытий в кирпичных, бетонных и деревянных домах.
λ = 0,046 – 0,052 Вт/(м∙ºC), ρ = 100 – 150 кг/м3.
Минераловатные маты представляют собой минеральный ковер, заключенный между битуминизированной бумагой, стеклотканью или металлической сеткой, прошитый прочными нитями или тонкой проволокой. Длина от 60-120 см до 500 см, ширина от 30 – 100 см до 150 см, толщина от 3 до 10 см.
λ = 0,046 – 0,058 Вт/(м∙ºC), ρ = 100 – 200 кг/м3.
Применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий, их используют также для утепления свежеуложенных бетонов и растворов при строительстве в зимнее время года.
Минераловатные полужесткие плиты изготовляют из минерального волокна путем распыления на него связующего с последующим прессованием и термообработкой для сушки или полимеризации. λ = 0,046 – 0,069 Вт/(м∙ºC), ρ = 75 – 300кг/м3. Применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и горячих поверхностей оборудования при температуре 60-200ºC.
Стеклянная вата — теплоизоляционный материал волокнистого строения, получаемый из расплавленной стекломассы. В качестве сырья для производства используют сырьевую шихту для варки стекла (кварцевый песок, кальцинированная сода и сульфат натрия) или стеклянный бой.
Стеклянная вата имеет волокна значительно более длинные, чем минеральная вата, в ней меньше «корольков». Стекловата химически стойкая, не горит и не тлеет, не гниет независимо от условий эксплуатации. Ее теплопроводность не более 0,052 Вт/(м-К), плотность в рыхлом состоянии не более 130 кг/м3.
В зависимости от назначения производят текстильное (средний диаметр волокна З...7мкм) и теплоизоляционное или штапельное стекловолокно (средний диаметр волокна 10...30мкм). Из стекловолокна изготовляют изделия: маты, плиты, полосы и др.
Маты и полосы из стеклянной ваты изготовляют путем наложения друг на друга и прошивкой тонких слоев стеклянных волокон в продольном или поперечном направлениях асбестовыми или стеклянными кручеными нитями. Сверху и снизу изделия перед прошивкой покрывают стеклотканью или стеклохолстом. Плотность этих изделий 110...175 кг/м3, теплопроводность 0,04...0,05 Вт/(м-К).
Маты применяют для теплоизоляции плоских и цилиндрических поверхностей в один или два слоя, полосы — для трубопроводов диаметром до 108 мм.
Плиты из стекловолокна на синтетическом связующем могут быть склеены с одной или двух сторон стеклотканью, алюминиевой фольгой, синтетической пленкой и другими материалами. Теплопроводность всех изделий в сухом состоянии при температуре 20...30 °С должна быть не выше 0,047 Вт/(м-К). В качестве связующего в этих изделиях применяют водорастворимые синтетические полимеры с пластификаторами и другими добавками.
Изделия относятся к группе трудносгораемых. Применяют их в жилых, общественных и производственных зданиях для тепловой изоляции ограждающих конструкций, а также изоляции печей, трубопроводов, промышленного оборудования при температуре изолируемых поверхностей от -60 до +180 °С.
Пеностеклом называют стекло, имеющее пористую (ячеистую) структуру. Пеностекло изготовляют из тонкоизмельченного боя стекла с добавкой газообразователя (молотого известняка, угля антрацита). Смесь засыпают в форму и нагревают до температуры 800...900 °С, при которой частицы боя стекла начинают сплавляться, выделяющиеся газы газообразователя вспучивают стекломассу, образуя в ней большое количество замкнутых пор. После охлаждения получается прочный материал ячеистой структуры. Пористость различных видов ячеистого стекла составляет 80...95%, размер пор 0,1...З мм.
Ячеистое стекло обладает высокой прочностью, полной несгораемостью, морозостойкостью и легкостью механической обработки (можно пилить, резать, сверлить, вбивать гвозди), водостойкостью и хорошим звукопоглощением.
Плотность пеностекла 150 - 300 кг/м3, теплопроводность 0,050...0,12 Вт/(м-К)
Применяют в виде плит размерами 500x400x70(140) мм для утепления стен, перекрытий, кровель, полов, а в виде полуцилиндров, скорлуп, сегментов — для изоляции тепловых агрегатов и теплосетей.
Асбестовые материалы и изделия. В этих материалах используются ценные свойства асбеста: температуростойкость, высокая прочность, волокнистость и др.
В зависимости от состава материалы подразделяют на асбестовые, состоящие только из асбестового волокна, и асбестосодержащие, в состав которых, кроме асбеста, входят другие компоненты, обладающие вяжущими свойствами (казеин, крахмал). Это асбестовая бумага, шнур, ткань, плиты и др.
Асбестовая бумага представляет собой листовой или рулонный материал изготавливаемый склеиванием асбестового волокна небольшим количеством связующего (крахмал, казеин). Толщина бумаги 0,3 – 1,5 мм., λ = 0,14 – 0,198 Вт/(м∙ºC) при 100 ºC, ρ = 450 – 950 кг/м3, предельная температура применения 500 ºC, Используют в качестве теплоизоляционной прокладки при изоляции трубопроводов.
Асбестовую ткань получают прядением асбестовых нитей на ткацких станках. Выпускают ее в виде полотнищ длиной до 25 м, шириной 1...1,5м, толщиной 1,4...3,5 мм, свернутых в рулоны. Плотность асбестовой ткани около 600 кг/м3, теплопроводность 0,1 Вт/(м-К). Применяют асбестовую ткань для обшивки горячих трубопроводов малых диаметров в один или несколько слоев.