14.02.2019 1 Вопросы: 1.Общие сведения и классификация теплоизоляцион-ных

требования к качеству предъявляемые к теплоизоляционным мате-риалам.
3.Понятие об акустических материалах.

Лекция №13
Тема № 14. Теплоизоляционные материалы и изделия. Акустические материалы .

Время: 2 ч.

Литература: [1] с. 543…571.

РАЗДЕЛ № 9. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

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, физико-механическими 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.

(численно равен количеству тепла в условиях стационарного потока, проходящего в

течение 1 ч через преграду площадью 1 м2 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.

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 м2/с, теплоемкости c Дж/(кгК), и средней плотности m, кг/м3

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/(м2К4); Т - температура тела, К.

Пример:
Для улучшения теплозащиты труб наружных теплосетей - необходимо снизить коэффициент излучения обернув их поверх теплоизоляции блестящей фольгой (фольгоизолом).

прослоек:
1 - коэффициент теплопроводности; 2 - излучения; 3 - конвекции:

4 - вещества самого материала

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).

- 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.).

стандартных испытаниях образцов и вычисляют по формуле
где: h0 –

толщина образца при начальном давлении 500 Па;
h – уменьшение толщины образца при стандартной удельной нагрузке.

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/м3, не более); низкой плотности (НП), марки: 100, 125, 150, 175, (кг/м3, не более); средней плотности (СП), марки: 200, 225, 250, 300, 350, (кг/м3, не более) и плотные (Пл), марки: 400, 450, 500, (кг/м3, не более);

> 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.

предпочитаются в капитальном строительстве для тепловой изоляции поверхностей с температурой

свыше 100°С.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ТИМ

Рыхлые ТИМ бывают:

Рыхлые ТИМ используются - для засыпок в стенах, утепления чердачных и междуэтажных перекрытий, бесчердачных крыш зданий и в качестве компонентов для других видов ТИМ.

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).

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.

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.

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.

Вт/(мК),
Влажность < 3 % по массе.
Перлит вспученный -

применяется в виде песка с крупностью зерен до 5 мм.

Делится на марки: 75, 100, 150, 300, 350, 400 и 500.

Вспученный вермикулит - сыпучий рыхлый материал пластинчатого строения, температура плавления 1300°С.

Делится на марки: 100, 150 и 200.

Используются - для изготовления тепло- и звукоизоляционных изделий, теплоизоляционных засыпок при температуре изолируемой поверхности от 200 до 875 °С.

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

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.

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 %.

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.

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 MgCO3CaCO3 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.

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/см2).
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.

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.

помещении или проникающего туда извне.
Предельная интенсивность звука - 85

дБ.

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.

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.).