Презентация на тему ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

1) по виду исходного сырья:
а) неорганические
б) органические
2) по структуре,

форме и внешнему виду

а) штучные волокнистые изделия (минераловат-ные, стекловатные плиты и т. п.)

штучные ячеистые изделия (из ячеистых бетонов, пеностекла и т. п.)

рулонные и шнуровые материалы (маты, шнуры, жгуты и т. п.)

рыхлые волокнистые материалы (минераловат-ная смесь и др.)(маты, шнуры, жгуты и т.п.)

неорганические

изделия (пли­ты древесно-стружечные, фибролитовые и др.)
штучные ячеистые изделия (ячеистые

пластмассы)

%
полужесткие ПЖ — соответственно 6—30 %
жест­кие Ж — не

более 6 % (при удельной нагрузке 2000 Па)

повышенной жесткости — до 10% (при удельной нагруз­ке 4000 Па)

твердые —до 10% (при удельной нагрузке 10 кПа).

строение, они создаются из веществ, имеющих аморфную структуру, так

как кристаллические вещества хорошо проводят теплоту. Теплопроводность уменьшается в 10 раз и более, если использовать материалы, получаемые путем быстрого охлаждения расплава (минеральных волокон). Например, теплопроводность монокристалла кварца 7,2 - 13,6 Вт/(м°С) (в разных направлениях), а силикатного стекла 0,6 - 0,81 Вт/(м°С). Теплоизоляционные материалы можно представить состоящими из твердого «каркаса» и воздуха, заполняющего поры материала. Теплопроводность материала — некоторая средняя величина теплопроводности вещества «каркаса» и воздуха, находящегося в порах. Теплопроводность воздуха зависит от размера пор и в порах 0,1—2 мм составляет 0,023—0,03 Вт/(м°С); она мала в сравнении с теплопроводностью основного вещества материала. Чем больше в материале пор, тем меньше его плотность и теплопроводность.

толщины. Теплота через воздушный слой передается теплопроводностью λт, конвекцией

λк и излучением λи, поэтому эквивалентную теплопроводность воздушного слоя λэ можно представить состоящей из трех слагаемых:
λэ= λт + λк+λи.

волн — тепловых инфракрас­ных лучей с длиной волны 0,8—400

мкм. При нагревании какого-нибудь тела часть тепловой энергии превращается на его поверхности в лучистую энергию, которая снова превращается в тепловую на поверхности тела, поглоща­ющего тепловые лучи.
Количество теплоты, излучаемое единицей поверхно­сти тела в единицу времени Qи, зависит от способности материала излучать теплоту и резко возрастает с повы­шением температуры в соответствии с законом Стефана-Больцмана:

где С — коэффициент излучения 1 м2 поверхности, Вт/(м2·К4), от­несенный к 100 абс. град; Т — абсолютная температура.
Наибольший коэффициент излучения имеет абсолют­но черное тело: С0 = 5,76. Строительные материалы об­ладают меньшей излучающей способностью: бетон—3,61, дерево—4,6 (в среднем), алюминиевая фольга—1,1; ко­эффициент излучения полированной поверхности сереб­ра— наименьший; С=0,15 Вт/(м2·К4).
Как видно из приведенной формулы, теплопередача лучеиспусканием может существенно увеличить общую теплопередачу в изоляции энергетического и промышлен­ного оборудования, а при теплоизоляции обычных строи­тельных конструкций, эксплуатируемых при температуре до 100°С, влияние излучения невелико.

побуждают созда­вать поры в виде мелких ячеек либо тонких

воздушных слоев, разделяющих волокна. В практике используют следующие основные способы создания высокопористого строения материала. Для материалов ячеистого строения (ячеистых бетонов, пеностекла, пористых пластмасс) используют способы газообразования и пенообразования.
Способ газообразования широко применяется как способ вспучивания исходной массы при получении неорганических и органических теплоизоляционных материалов. Этот способ основан на выделении газообразных продуктов в объеме материала, находящегося в пластично-вяз­ком или пиропластическом состоянии. Газообразователи обычно вводят в исходную массу (алюминиевую пудру при изготовлении газобетона, органические порофоры в технологии поропластов). Однако роль газообразователя может играть гидратная вода, являющаяся составной частью сырья и выделяющаяся при термической обработке перлита и вермикулита.

материале и характер пор. Желательно создавать мелкие, равномерно распределенные

поры-ячейки закрытого типа. В закрытых порах воздух находится в спокойном состоянии и стабильнее выполняет роль теплоизолятора. В замкнутые поры не попадает вода (при обычных условиях насыщения), что очень важно для сохранения стабильных теплофизическнх свойств и долговечности. Стремление к замкнутой пористости отличает структуру теплоизоляционных материалов от структуры звукопоглощающих, которые должны иметь определенное количество «сквозных» пор. Это принципиальное отличие необходимо иметь в виду, так как часто для производства теплоизоляционных и звукопоглощающих изделий используются одни и те же исходные ма­териалы (например, минеральное волокно, древесная масса и др.).

теплоемкостью с и плотностью ρт следующим отношением:
λ = асρт.

по­верхности раздела жидкая фаза — воздух и понижать поверхностное

натяжение на границе раздела, что обус­ловливает вспенивание массы. Синтетические пенообра­зователи являются продуктами нефтехимического синте­за, применяемыми в производстве моющих средств: суль-фонолы (в виде порошка или 45 %-ного раствора), пено­образователь ПО-1 и др. Могут быть пенообразователи, получаемые из природного сырья (клееканифольный — пенобетон).
Способ высокого водозатворения состоит в применении большого количества воды при получении формовоч­ных масс (например, из трепела, диатомита); последую­щее испарение воды при сушке и обжиге отформованных изделий способствует образованию воздушных пор. Этот способ часто сочетается с введением выгорающих добавок (древесных опилок, измельченного низкосортного ка­менного угля, торфяной крошки и др.).
Создание волокнистого каркаса — основной способ образования пористости волокнистых материалов (мине­ральной ваты, фибролита и т. п.). Высокопористое строе­ние закрепляется, главным образом, путем тепловой об­работки изделий, которая осуществляется в различных видах —путем обычного пропаривания или автоклавной обработки, сушки, обжига.

и органических (2) от плотности

класс А -малотеплопроводные [до 0,058 Вт/(м°С)];
класс Б -

среднетеплопроводные [0,058—0,116 Вт/(м°С)] и
класс В - повышенной теплопроводности [не более 0,18 Вт/(м°С)]. Теплопроводность пористых материалов резко возрастает при увлажнении, так как теплопроводность воды, равная 0,58 Вт/ /(м°С)], в 25 раз больше теплопроводности воздуха.

его влажностью не представляется возможным, так как сказывается значительное

влияние природы материала, строения и формы его пор. Лишь в определенных пределах теплопроводность повышается прямо пропорционально возрастанию объемной влажности (W0, %), что позволяет приблизительно вычислить теплопроводность влажного материала λw по следующей формуле:
λw = λс + δ W0 ,
где λс —теплопроводность сухого материала; δ — приращение теплопроводности на 1 % объемной влажности, которое составляет: для неорганических материалов при положительной температуре 0,002 Вт/(м°С), при отрицательной температуре 0,004 Вт/(м°С); для органических — соответственно 0,003 и 0,004 Вт/(м°С).
Замерзание воды в порах материала и образование льда увеличивают λw, так как теплопроводность льда равна 2,32 Вт/(м°С), т. е. в 4 раза больше теплопроводности воды.

температурах.
Теплопроводность λt при средней температуре мате­риала t можно вычислить

по формуле О. Е. Власова, зная теплопроводность λс при 0°С и принимая коэффициент β=0,0025 на 1 °С повышения температуры (до 100 °С):
λt = λс (1+ β t).
При температуре более 100°С теплопроводность материалов возрастает с разной скоростью, поэтому и температурный коэффициент β будет различный. Расчетные значения теплопроводности материала принимают по СНиП II-3-79* («Нормы проектирования. Строительная теплотехника»). Теплопроводность некоторых материалов (магнезитовых огнеупоров, металлов) уменьшается при повышении температуры и, следовательно, температурная поправка имеет отрицательный знак.

Показателем стабильности качества является предел прочности при сжатии при

10%-ной деформации. Основная прочностная характеристика волокнистых материалов (плит, скорлуп, сегментов) — предел прочности при изгибе. Он составляет для неорганических материалов 0,15—0,5 МПа; древесных плит 0,4—2 МПа. Гибкие теплоизоляцион­ные материалы (минераловатные маты, войлок, асбестовый картон) испытывают на растяжение.
Прочность материала должна быть такова, чтобы обеспечивалась его сохранность при перевозке, складировании, монтаже и, конечно, в эксплуатационных условиях.
Деформативные свойства характеризуются сжимаемостью в воздушно-влажной среде, упругостью (в виде относительной дефор­мации, %) и гибкостью.

и понижает его прочность и долговечность. Материалы с закрытыми

порами, напри­мер пеностекло, отличаются небольшим водопоглощением. Для снижения водопоглощения при изготовлении материалов вводят гидрофобизирующие добавки, используют гидроизоляцию.
Химическая и биологическая стойкость. Большая пористость теплоизоляционных материалов благоприятст­вует прониканию в них влаги, агрессивных газов и паров, находящихся в окружающей среде. Стойкость теплоизоляции повышают, применяя защитные покрытия. Органические теплоизоляционные материалы и связующие (клей, крахмал) должны обладать биологической стойкостью, т. е. сопротивляться действию микроорганизмов, домовых грибов, насекомых (муравьев, термитов).

ограждающих конструкций зданий и холодильников; оценивается числом циклов попеременного

замораживания и оттаивания.
Газо- и паропроницаемость учитывают при применении в ограждающих конструкциях. Она может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Например, желательно, чтобы теплоизоляция не препятствовала воздухообмену жилых помещений с окружающей средой через наружные стены зданий. Однако теплоизоляцию стен влажных производственных помещений нередко защищают от увлажнения с помощью надежной гидроизоляции, устраиваемой с «теплой» стороны.

течение определенного времени действие высокой температуры и открытого пламени;

она связана со сгораемостью материала. Сгораемые материалы (из древесины, полимеров) можно применять только при осуществлении мероприятий по защите от возгорания.
Предельная температура применения (Та) является основной характеристикой (вместе с теплопроводностью) качества высокотемпературной изоляции промышленных печей и энергетического оборудования ТЭС и АЭС. Это свойство зависит от состава и структуры материала: керамические волокна выдерживают действие температуры до 1100 - 1300 °С, трепельный кирпич - 900 °С, ячеистый бетон и пеностекло - 400 °С. Органическая теплоизоляция применяется при температуре до 60 - 100°С.
Термическая стойкость - свойство материала выдер­живать без разрушения определенное число циклов резкого охлаждения и нагревания (при работе технологического и энергетического оборудования). Она зависит не только от состава и пористости теплоизоляции, но и от однородности материала.
Огнеупорность — свойство изделия противостоять длительному воздействию высокой температуры без существенного изменения прочности, формы и размеров. Это — важное свойство высокотемпературной теплоизоляции и легковесных огнеупоров.

теплоизоляционные изделия
Минеральная вата состоит из тонких стекловидных волокон диаметром

5—15 мкм, получаемых из расплава легкоплавких горных пород (мергелей, доломитов, ба­зальта, и др.), металлургических и топливных шлаков, золы ТЭС. Расплав обычно получают в вагранке либо в другом печном агрегате. Волокна образуются при воз­действии подаваемого под давлением пара или воздуха на непрерывно вытекающую из вагранки струю расплава (рис. 2, а) либо путем подачи пара на валки или диск центрифуги (рис. 2,Б). Полученное минеральное волокно собирается в камере волокноосаждения на непрерывно движущейся сетке (рис. 2, в). В эту камеру вводят органические или минеральные связующие вещества. На основе минеральной ваты выпускают штучные, рулонные, шнуровые изделия и сыпучие (рыхлые, волокнистые) материалы.

из него
а - дутьевой способ: 1 - вагранка; 2-

желоб; 3 - паропроводящая трубка; 4-дутьевая головка; 5 - камера волокнообразования; 6 - отверстие; 7 - струя расплава; 8 - раздув расплава минерального волокна; б -центробежно-валковый способ: 1 - струя расплава; 2 - вращающие валки; 3 - волокна; в - схема горизонтально-дутьевого способа получения минеральных плит: 1 - вагранка; 2 - дутьевые сопла; 3 - камера волокнообразования; 4 - каме­ра тепловой обработки; 5 - нож продольной резки; 6 - нож поперечной резки; 7 - упаковка; 8 - минераловатная плита

или дисперсии карбамидного полимера и др.). По технологии, разработанной

в Уралниистромпроекте, предусматривается изготовление твердых плит из гидромассы, т. е. «мокрым» способом. Помимо минерального волокна и раствора полимера в гидромассу вводят пенообразователь (клееканифольный или др.). Гидромассу изготовляют в скоростных турбулентных смесителях. Плиты из массы жидкотекучей консистенции формуют в вакуум-прессах. Отформо­ванные плиты поступают в туннельные или камерные сушилки, где их подвергают тепловой обработке при 150-180°С. Получают плиты толщиной 30—70 мм, плотностью 180—200 кг/м3, теплопроводностью 0,047 Вт/(м°С), водопоглощением не более 15 %.
По другой технологии минераловатный ковер, пропитанный связующим, по выходе из камеры волокноосаждения разрезается на заготовки и на металлических поддонax поступает на гидравлические многополочные прессы для прессования. Получают твердые плиты плотностью 300—500 кг/м3 и высокой прочностью на изгиб - 0,4-1,2 МПа.
При утеплении бесчердачных кровель твердыми минераловатными плитами гидроизоляционный слой устраивают, наклеивая рулонный гидроизоляционный матери ал непосредственно на эти плиты. При жестких же плитах требуется устройство стяжки из цементного или асфальтового раствора между плитой и гидроизоляцией.

синтетическим, битумным и неорганическим связующим (цементом, глиной, жидким стеклом

и др.). Для повышения прочности и снижения количества связующего в состав изделий вводят коротковолокнистый асбест. Плиты толщиной 40—100 мм выпускают плотностью 100—400 кг/м3 и теплопроводностью 0,051— 0,135 Вт/(м-°С).
Минераловатные полужесткие и мягкие плиты изготовляют с синтетическим, битумным и крахмальным связующим. Изделия (плиты, цилиндры, сегменты, маты) с синтетическим связующим имеют меньшую плотность, более прочны и привлекательны на вид по сравнению с изделиями на битумном связующем. Расход составляет, % по массе: фенолоспиртов 10—15, битума 9—20 в полужестких плитах и 3—5 в мягких плитах. Плотность плит 35—250 кг/м3, теплопроводность 0,041—0,07 Вт/ /(м°С).
Минераловатные маты в рулонах выпускают: с синтетическим связующим (ρm=35—75 кг/м3), прошивные с металлическими, тканевыми, бумажными обкладками, с обкладками из стеклохолста (ρт=100—200 кг/м3); из штапельного стекловолокна (ρт==25—50 кг/м3); из непрерывного стекловолокна (ρт=80—20 кг/м3); в виде холста из базальтового волокна (ρm=15—20 кг/м3).
К сыпучим материалам относят: минеральную вату гранулированную и минеральную смесь с неорганичес­ким вяжущим для мастичной теплоизоляции.

обжига; по сравнению с другими теплоизоляционными материалами они имеют

высокую прочность и температуру применения до 900 °С. В качестве сырья используют диатомит, трепел, огнеупорную глину, перлит. Большая пористость создается пу­тем введения в формовочную массу пенообразователей и выгорающих добавок (табл. 1).
Теплоизоляционные легкие бетоны (плотного строе­ния и крупнопористые) изготовляют из пористого запол­нителя — вспученного перлита, легкого керамзита или вермикулита и минерального (реже органического) вя­жущего.

или трепела (около 60%), воздушной из вести (20%) и

асбеста (20%)- Отформованные изделия подвергаются автоклавной обработке, которая ускоряет химическое взаимодействие между кремнеземистым компонентом и воздушной известью, приводящее к образованию гидросиликатов кальция; температура примене-ния до 900 °С.
Совелит — наиболее распространенный асбестомагне-зиальный материал. Сырьем для производства совелита служат доломит CaC03·MgC03 и 15 % асбеста. Доломит подвергают сложной переработке, которая включает об-жиг, гашение обожженного доломита, карбонизацию по­лученного доломитового молока с использованием газов, содержащих С02. Конечным продуктом химической пе-реработки доломита является четырехводный основный карбонат магния MgC03·Mg(OH)2·4H20, который вместе с осажденным СаС03 составляет основу совелита. Тепловая обработка совелитовых изделий состоит из двух стадий: сушки и прокаливания, имеющего целью декарбонизацию магнезиальной составляющей. Благодаря прокаливанию снижается плотность и теплопроводность, а температуростойкость повышается. Совелит применяют для изоляции промышленного оборудования при температуре до 500 °С.

плотность не более 500 кг/м3. Ячеистые бетоны применяют для

изоляции трубопроводов, а также для утепления строительных конструкций.
Ячеистое стекло (пеностекло) вырабатывают из стекольного боя, либо используют те же сырьевые материалы, что и для производства других видов стекла: кварцевый песок, известняк, соду и сульфат натрия. Могут использоваться горные породы: трахиты, сиениты, нефелины, обсидианы. При спекании порошка стекольного боя с газообразователями — коксом и известняком — выделается углекислый газ, образующий поры. Газообразующими добавками, могут быть также антрацит и мел или карбиды кальция и кремния. Имеются автоматически установки для непрерывного производства ячеистого стекла. При выходе из печи от непрерывно движущегося бруса отрезаются блоки определенной длины, направляемые в печь отжига. Благодаря этому прёдотвращается возникновение внутренних напряжений, вызывающих растрескивание.

крупных пор содержатся мельчайшие микропоры. Двоякий характер пористости обусловливает

малую теплопроводность при достаточно высокой прочности, водостойкости и морозостойкости. Ячеистое стек­ло— несгораемый материал с высокой температуростой-костью—400 °С (для бесщелочного стекла до 600 °С). Ячеистое стекло хорошо сцепляется с цементными мате­риалами, его можно обрабатывать — пилить, шлифовать, сверлить. Ячеистое стекло применяют для теплоизоляции тепловых сетей при подземной бесканальной прокладке. Оно находит применение для теплоизоляции стен, пере­крытий, кровель, в конструкциях холодильников.
Крупнопористый керамзитобетон в виде плит исполь­зуют для утепления ограждающих конструкций. Его плотность 400—500 кг/м3, марки по прочности на сжатие 4—10, теплопроводность 0,14—0,17 Вт/(м·°С).
Стеклопор получают путем грануляции и вспучива­ния жидкого стекла с минеральными добавками (мелом, молотым песком, золой ТЭС и др.). Технологический про­цесс включает производство гранулята —«стеклобисера» и его низкотемпературное (при 320—360 °С) вспучивание. Стеклопор выпускают трех марок: СЛ с ρт=15— 40 кг/м3, λ= 0,028—0,035 Вт/(м·°С); Л с ρт=40— 80 кг/м3, λ = 0,032—0,04 Вт/(м·°С); Т с ρт = 80— 120 кг/м3, λ = 0,038—0,05 Вт/(м·°С). Себестоимость стеклопора 6—7 руб/м3, расход жидкого стекла 22—65 кг/м3. В сочетании с различными связующими стеклопор ис­пользуют для изготовления штучной, мастичной и зали­вочной теплоизоляции. Наиболее эффективно применение стеклопора в наполненных пенопластах, так как введе­ние его в пенопласт позволяет снизить расход полимера и значительно повысить огнестойкость теплоизоляцион­ных изделий.

Безобжиговые перлитовые изделия получают из пористого перли­тового песка, используя

разнообразные связующие ве­щества (битум, гипсовые вяжущие, цемент, полимеры). Битумоперлитовые плиты, плотностью 250—450 кг/м3 и теплопроводностью 0,07—0,1 Вт/(м·°С) имеют прочность на изгиб 0,15—0,2 МПа; их применяют при температуре от —50 до +60 °С. Битумоперлит используют для утеп­ления строительных конструкций, изоляции трубопрово­дов и устройства монолитных теплоизоляционных покры­тий (при укладке и уплотнении в горячем состоянии).
Стеклоперлитовые изделия изготовляют из перлита (75%), жидкого стекла (30% по массе), применяя тепловую обработку отформованных изделий при 400 °С в сушилке. Эти изделия могут применяться при рабочей температуре до 600°С для теплоизоляции технологичес­кого и энергетического оборудования. Керамоперлитовые изделия получают из смеси пористого перлитового песка (50—60 %) и огнеупорной или бентонитовой глины (в виде шликера). После формования на прессе изделия подвергают сушке и обжигу, причем оба процесса могут быть совмещены в туннельной печи. Перлитовый огне­упорный легковес (предельная температура применения 800°С) производят из перлитового песка, используя в качестве связующего жидкое стекло с добавками буры и др.
Монтажные асбестовые материалы выпускают в виде листов и рулонов из асбестового волокна; иногда вводят наполнитель и небольшое количество склеивающих ве­ществ (крахмала, казеина и др.), получая асбестовую бумагу, картон, шнур. Алюминиевую фольгу применяют в качестве отражательной изоляции в воздушных про­слойках слоистых ограждающих конструкций зданий и для теплоизоляции промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 300 °С.

теплоизоляции изготовляют из смеси волокнистых мате­риалов (асбеста, минерального волокна)

с неорганичес­кими вяжущими, затворяемыми водой. Их применяют для изоляции промышленного оборудования и трубопро­водов с учетом температуры у границ теплоизоляционного слоя.
Минераловатную смесь приготовляют из минеральной ваты, асбеста, тонкодисперсной глины и портландцемен­та. Плотность изоляции в сухом состоянии 400 кг/м3, теп­лопроводность не более 0,028 Вт/(м·°С).
Асбестодиатомитовый порошок — смесь асбеста (15%) и молотого диатомита или трепела (85%), иног­да с добавками других веществ (отходов асбестоцемент-ных заводов, слюды). Плотность теплоизоляции 450 — 700 кг/м3, теплопроводность 0,093—0,21 Вт/(м·°С).
Совелитовый порошок — смесь легкого основного карбоната магния и карбоната кальция с асбестом, применяемая при температурах до 500 °С. Готовая совелитовая теплоизоляция имеет плотность 450 кг/м3 и теплопроводность не более 0,098 Вт/(м·°С). Асбестомагнезиальный порошок (ньювель) приготовляют в виде смеси легкого основного карбоната магния с асбестом и применяют при температуре до 350 °С.